Файл: Функциональная система современного персонального компьютера.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы значительно усилилось влияние мировых информационно-коммуникационных ресурсов и технологий на со­циальное и экономическое развитие народов и стран. Мир вошел в стадию перехода к новому типу общества – информационному. Информационное (постиндустриальное) общество – это новая социально-технологическая организация жизни людей, заменяю­щая действующую индустриальную систему, которая в свое время вытеснила аграрную систему.

Проявления постиндустриального общества с каждым годом становятся всё заметнее:

- множатся направления деятельности людей, связанные с обра­боткой данных, информацией и электронным управлением предприятиями, организациями и даже государствами;

- ключевую роль во всех сферах человеческого общения играет информация и быстрота её использования;

- жизнь людей всё больше сводится к информационному взаимо­действию на расстоянии;

- распространяются новые виды дистанционных информацион­ных услуг: гуманитарных (образование, здравоохранение, соци­альные службы); профессиональных (программирование, ана­лиз и планирование производства и финансирования);

- происходит реорганизация экономики и переход к новым высо­котехнологичным специальным производствам, в которых за­действованы огромные объемы информации.

Экономика главным образом основывается не только на есте­ственных ресурсах и материальном производстве, но и на полно­правном владении информацией, применении научно-технических знаний и предоставлении информационных услуг.

Мировые тенденции свидетельствуют о том, что информация уже вошла в один ценовой ряд с традиционными сырьевыми и энергетическими ресурсами. Из года в год растет объём рынка ин­формационных услуг и программного обеспечения.

Действительно, влияние новых цифровых технологий воздействует на все на­правления деятельности общества и отдельных людей. Построен­ные по этим технологиям электронные вычислительные машины прошли длительный исторический и эволюционный путь своего развития. Они превратились в быстрые, надежные и эффективные электронные вычислительные устройства коллективной и персо­нальной обработки информации. Персональный компьютер стал самым массовым инструментом частных лиц и сотрудников офи­сов, учреждений и организаций различных форм собственности.

Термины «электронная вычислительная машина», «цифровая вычислительная машина», «компьютер» стали международными и приняты в русском языке.

---

Для правильного выбора и эффективной эксплуатации такого сложного инструмента, как персональная ЭВМ (ПЭВМ), пользова­тель должен обладать необходимыми и достаточными знаниями не только по использованию программных средств, но и по архитекту­ре внутренних, внешних, периферийных устройств ЭВМ, их аппа­ратной реализации и физических процессах ее функционирова­ния.

С микроминиатюризацией составных частей ПЭВМ, постоянно обеспечивающей увеличение производительности процессоров, объёмов памяти, надежности и снижение энергопотребления аппа­ратных средств, непрерывно решаются важные задачи не только по модернизации вычислительных систем, но и по созданию раз­личных видов новых поколений аппаратуры для других развиваю­щихся областей применения: радиосвязь, телекоммуникационная техника, системы управления и т.д.

Таким образом, актуальность темы настоящей работы является более чем очевидной, при этом основная цель последней – изучение функциональной схемы современного персонального компьютера, акцентировав внимание на рассмотрении его основных аппаратных средств, то есть на его устройстве.

1 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И КОНФИГУРАЦИИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Компьютер, как и человек, представляет собой систему, в кото­рой уживаются «тело» и «душа».

«Тело» компьютера – это его «железная», аппаратная часть (hardware). Аппаратные средства современных персональных ком­пьютеров представляют собой совокупность электронных, электро­механических, электромагнитных и электронно-оптических уст­ройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называ­ется командой.

«Душа» – это оживляющие эту «груду железа» прикладные и системные программы (software).

Персональный компьютер (далее – ПК) с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микро­схем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программ­ный код.

---

В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, со­ответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по еди­ному интерфейсу. Полное описание набора и характеристик уст­ройств, составляющих данный компьютер, называется конфигура­цией ПК.

Существует «минимальная» конфигурация ПК, то есть минималь­ный набор устройств, без которых работа с ПК становится бес­смысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их со­став:

- корпус с блоком питания;

- системная (материнская) плата;

- процессор;

- оперативная память;

- видеоконтроллер;

- монитор;

- жёсткий диск;

- клавиатура;

- мышь;

- дисковод CD-ROM;

- дисковод гибких дисков;

- звуковая карта.

На компьютерном рынке сложилось следующее разделение конфигураций персональных компьютеров.

Рабочая станция (Work Station) представляет собой мощный компьютер, основанный обычно на двухпроцессорной платформе, оснащенный максимальным объемом быстрой оперативной памяти, массивом жестких дисков и часто включенный в локальную сеть предприятия. В зависимости от решаемых задач рабочие станции бывают графическими, для научных расчетов или иного назначе­ния. Графическую рабочую станцию комплектуют 3D-видеокартой профессионального класса, устройствами оцифровки и захвата сиг­налов телевизионного формата, высокоточными сканерами и дру­гим необходимым оборудованием.

Настольный компьютер (Desktop) предусматривает самый об­ширный спектр возможных конфигураций, как платформы, так и дополнительных устройств.

Принято классифицировать настольные компьютеры по пред­назначению или по производительности. По назначению компьюте­ры подразделяют на офисные, домашние, игровые, дизайнерские. По производительности различают компьютеры начального уровня (Easy PC), среднего уровня (Mainstream), высшего класса (High End).

Офисный компьютер ориентирован на работу с программами офисного класса, может подключаться к локальной сети и не отлича­ется высокой производительностью. Главное требование к нему – надежность.

Домашний компьютер обычно используют для развлечений и выполнения не слишком сложных учебных (рабочих) заданий. Мультимедийная направленность домашнего ПК выражается в ос­нащении его процессором и видеокартой среднего класса, приво­дом DVD, качественным монитором и комплектом хорошей аку­стики. Зачастую предусматривается подключение компьютера к те­левизору для просмотра фильмов в форматах MPEG-4 и DVD на экране ТВ. Непременным условием является подключение к Ин­тернету через модем или сетевую карту. Дополнительным оборудо­ванием для домашнего компьютера являются ТВ-тюнер, сканер, струйный фотопринтер, WEB-камера.

---

Игровой компьютер требует наличия мощной графической под­системы. Поэтому главным его элементом является графическая карта и адекватный потребностям процессор при достаточном объе­ме оперативной памяти. Игровой компьютер дополнительно ком­плектуют джойстиком, рулем (штурвалом), педалями, устройствами виртуальной реальности (шлемы, очки, перчатки).

Дизайнерский компьютер предназначен для выполнения слож­ных графических работ (кроме 3D-графики кинематографического уровня) и обработки видео в режиме реального времени. По сути, это рабочая станция начального уровня в достаточно компактном исполнении. Конкретная конфигурация дизайнерского ПК зависит от специфики решаемых задач. Для работы с 3D-графикой требует­ся мощная видеокарта, для работы с видео – самый производитель­ный процессор и так далее.

Ноутбук (Notebook) является переносным персональным ком­пьютером. Помимо компактных габаритов, ноутбук отличается от настольного компьютера возможностью работы от аккумуляторов. Автономное функционирование обусловило высокие требования к режиму энергопотребления компонентов. Обычно в ноутбуках ис­пользуют специальные модификации процессоров, графических чип­сетов, жестких дисков с низким энергопотреблением и автоматиче­ским регулированием производительности в зависимости от решае­мой задачи.

Обычно ноутбуки классифицируют по размеру, диагонали дис­плея и числу «шпинделей» (отдельных приводов: жесткий диск, дисковод CD-ROM, дисковод гибких дисков и др.). Например, вы­ражение «двухшпиндельный» ноутбук подразумевает наличие в компьютере жесткого диска и еще одного дисковода (чаще комби­нированного привода DVD/CD-RW).

Настольный ноутбук (DeskNote). Этот класс компьютеров воз­ник в 2002 г. Его отличие от ноутбуков заключается в отсутствии ак­кумуляторов (и, как следствие, невозможности автономной рабо­ты), использовании процессоров для обычных настольных ПК, а иногда и адаптеров ЗО-графики высокого класса.

Планшетный ПК (Tablet PC) характеризуется наличием отдель­ного сенсорного дисплея с возможностью рукописного ввода и спе­циального электронного пера. Некоторые модели комплектуются клавиатурой, трекболом, приводом CD-ROM, жестким диском.

Карманный ПК (Personal Digital Assistant, PDA, КПК) примыкает к товарной нише ПК. Невысокая производительность, ограничен­ный набор программ и неудобный интерфейс пользователя сужают сферу их применения. Однако многие КПК позволяют подключаться к настольному компьютеру для переноса данных (телефонного спра­вочника, записной книжки и др.), читать литературные произведе­ния в электронном виде, просматривать видео и т.д.

---

Персональные компьютеры являются наиболее широко исполь­зуемыми, их мощность постоянно увеличивается, область приме­нения расширяется. Однако их возможности ограничены, и для решения специфичных задач, требующих объемных вычислений, высочайшего быстродействия, применяют «не-персональные» ком­пьютеры: супер-ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы), мини-ЭВМ.

2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА И ЕГО АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА

Назначение компьютера – перерабатывать, хранить и выдавать информацию посредством выполнения команд пользователя.

Центральное устройство ПК, производящее все вычислительные операции и преобразующее информацию, называется микропроцессором (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для об­работки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти. Конструктивно представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket).

Разрядность процессора определяет размер машинного слова, обрабатываемого компьютером. Машинное слово – число бит, к кото­рым процессор имеет одновременный доступ. С увеличением размера слова увеличивается объем информации, обрабатываемой процессо­ром за один такт, что ведет к уменьшению количества тактов, необхо­димых для выполнения сложных операций. Чем больше размер слова, тем с большим объемом памяти может работать компьютер. Микро­процессор обрабатывает информацию трёх типов: данные, адреса и команды программ. Он оперирует с информацией, представленной в виде машинных кодов, длиной от 8 до 64 бит. Микропроцессор вы­полняет сотни различных операций со скоростью до нескольких со­тен миллиардов в секунду. Разработка новых типов микропроцессоров позволяет постоянно увеличивать эту цифру.

Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графика, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере «оцифровываются». Физичес­ки это может выглядеть как чередование намагниченных и размаг­ниченных участков жесткого диска, отражающих и не отражающих луч участков компакт-диска, передаваемых сигналов напряжения высокого и низкого уровня и т.д.

---