Файл: Устройство персонального компьютера (Устройство персонального компьютера).pdf

Введение

Персональный компьютер (ПК), цифровой компьютер, предназначенный для использования только одним человеком одновременно. Типичная сборка персонального компьютера состоит из центрального процессора (CPU), который содержит компьютерную арифметическую, логическую и управляющую схемы на интегральной схеме ; два типа компьютерной памяти , основная память, такая как цифровая оперативная память (RAM), и вспомогательная память, такая как магнитные жесткие диски и специальные оптические компакт-диски , или диски только для чтения (ROM) (CD-ROM и DVD-ROM); и различные устройства ввода / вывода , включая экран дисплея, клавиатуру и мышь, модем и принтер.

Компьютеры, которые были небольшими и достаточно дешевыми, чтобы их могли купить отдельные люди для использования в своих домах, впервые стали возможными в 1970-х годах, когда широкомасштабная интеграция позволила построить достаточно мощный микропроцессор на одном полупроводниковом чипе. Небольшая фирма под названием MITS сделала первый персональный компьютер Альтаир . Это компьютер, которым пользовались Микропроцессор Intel 8080 был разработан в 1974 году. Хотя Altair был популярен среди компьютерных любителей, его коммерческая привлекательность была ограничена.

Индустрия персональных компьютеров действительно началась в 1977 году, когда были представлены три предварительно собранных персональных компьютера массового производства: Apple Computer, Inc. (сейчас Apple Inc. )Яблоко II , ТэндиRadio Shack TRS-80, а также Commodore Business Machines Персональные электронные транзакции (ПЭТ). На этих машинах использовались восьмибитные микропроцессоры (которые обрабатывают информацию группами по восемь бит или двоичными цифрами за раз) и обладали довольно ограниченной емкостью памяти, т. Е. Способностью обрабатывать определенное количество данных, хранящихся в памяти. Но поскольку персональные компьютеры были намного дешевле, чем мэйнфреймовые компьютеры (более крупные компьютеры, как правило, развертываемые крупными коммерческими, промышленными и государственными организациями), их можно было купить отдельным лицам, предприятиям малого и среднего бизнеса, а также начальным и средним школам.

Также актуальность выбранной темы можно связать и с тем, что каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочие периферийные устройства. Рост потенциальных возможностей персональных компьютеров и появление более новых производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер. Современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно непросто определить конфигурацию персонального компьютера с требуемыми характеристиками. Не зная общего устройства и основных принципов работы компьютера, невозможно провести его подключение и модернизацию. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

Целью данной работы является исследование структуры современных персональных компьютеров.

Поставленная цель решается посредством следующих задач:

- рассмотреть термины, входящие в понятие структуры компьютера.

- проанализировать сущность принципов построения компьютера (модульность, магистральность, микропрограммируемость)

- перечислить и охарактеризовать устройства центральной и периферийной части компьютера.

- проанализировать сущность логического устройства компьютеров

Объект исследования – структура персонального компьютера.

Предмет исследования –  персональный компьютер с входящими в него устройствами.
Теоретическую базу составляют материалы учебных пособий и справочников, различных инетернет-ресурсов, содержащих информацию по предметам информатики, компьютерных и информационных технологий, а также страниц преподавателей, учебных заведений, содержащих лекции и учебные пособия в электронном виде.

Глава 1. Понятие и сущность персонального компьютера

1.1 Формы и виды компьютеров

Компьютер (от англ. computer – «вычислитель») – программируемое электронное устройство, предназначенное для обработки и хранения (накопления) информации. По размеру, быстродействия, объему памяти современные компьютеры принято делить на следующие классы[1]:

1) суперкомпьютеры;

2) большие компьютеры;

3) миникомпьютеры (персональные);

4) микрокомпьютеры.

Персональный компьютер (стандартная аббревиатура – «ПК») — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем, то есть для личного использования. К ПК можно отнести также и любой другой компьютер, используемый конкретным человеком в качестве своего личного компьютера. Также персональный компьютер - это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Подавляющее большинство людей используют в качестве ПК настольные и различные переносные компьютеры.

ПК имеют различные формы:

• стационарные ПК, не предназначенные для переноски (настольные, «desktop»; «башенные», «tower»; моноблоки);
• нестандартные конструкции («barebone», промышленнй ПК, тихий ПК, компактный ПК, хакинтош).
• мобильные (переносимые) ПК (ноутбук, планшетный ПК, карманный ПК);

Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• мышка.

В случае, если ПК выполнен в портативном варианте, системный блок, монитор и клавиатура размещены в одном корпусе: системный блок находится под клавиатурой, а монитор встроен в крышку.

1.2 Состав компьютера

Системный блок - основная составляющая ПК, в которой находятся важнейшие компоненты (внутренние, находящиеся в середине системного блока и внешние или периферийные, подсоединенные извне), которые будут описаны ниже.

По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполнение. Корпусы вертикального выполнения могут иметь разные размеры: полноразмерный (BigTower), среднеразмерный (MidiTower), малоразмерный (MiniTower). Корпусы горизонтального выполнения бывают двух форматов: узкий (Full-AT) и очень узкий (Baby-AT). Корпусы персональных компьютеров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).

Корпусы поставляются вместе с блоком питания, мощность которого является одним из параметров корпуса.

Основные узлы системного блока:

• системная плата;
• блок питания;
• накопитель на жестком магнитном диске;
• накопитель на гибком магнитном диске;
• накопитель на оптическом диске;
• разъемы для дополнительных устройств.

Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard). На ней расположены[2]:

• процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
• чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;
• шины - набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;
• разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Основу любого компьютера составляют процессор, память, устройства ввода-вывода.

Рассмотрим наиболее распространенную структурную схему, которая лежит в основе наиболее часто встречающихся моделей компьютеров, в частности персональных. Модульность, магистральность, микропрограммируемость, используется при разработке практически любой модели компьютера.

Модульность - это построение компьютера на основе набора модулей. Модуль представляет собой конструктивно и функционально законченный электронный блок в стандартном исполнении. Это означает, что с помощью модуля может быть реализована какая-то функция либо самостоятельно, либо совместно с другими модулями. Также под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, который предполагает возможность без труда заменить его на другой при наличии заданных интерфейсов. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами[4].

Принцип модульности (агрегатирования) состоит в рациональном разделении системы, устройства на совокупность более простых функционально и конструктивно законченных блоков (модулей) с целью совершенствования им технических характеристик, а также обеспечения воспроизводительных способов производства и обслуживания.

Магистральность - это способ связи между различными модулями компьютеров, т.е. все входные и выходные устройства подсоединены одними и теми же проводами, называемыми шинами. Магистраль компьютера состоит из нескольких групп шин, объединенных по функциональному признаку.

Отличительная черта структуры персонального компьютера состоит в наличии системной шины, посредством которой взаимодействуют и обмениваются информацией все его устройства. Именно возможность соединения устройств и плат, непосредственно участвующих в обработке информации (процессор, оперативная память) с остальными устройствами единой магистралью – шиной – реализует принцип, как правило, используемый в современных персональных компьютерах - принцип «открытой архитектуры». Суть этого принципа в возможности постоянного усовершенствования компьютера в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-производителя.

Шина – это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Тип шины является важной характеристикой компьютера, которая наряду с типом основного микропроцессора определяет возможности и диапазон применимости компьютера. Шина входит в состав материнской платы.

Упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных но назначению (данные, адреса, управление). Шинами данных служат провода, по которым передается только информация, шинами адреса-провода, по которым передаются адреса ячеек и участков памяти, шинами управления-провода, по которым передаются управляющие сигналы. Максимальное количество одновременно передаваемой информации называется разрядностью шины. Чем больше разрядность шины, тем больше информации она может передать в единицу времени.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров, а на программном – обеспечивается драйверами.

Создание современных средств вычислительной техники связано с задачей объединения в единый комплекс различных блоков компьютера, устройств хранения и отображения информации, аппаратуры передачи данных. Эта задача возлагается на интерфейсы.

Термин «интерфейс» обычно трактуется как синоним слова «сопряжения» и понимается как совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов устройства, системы. Нередко это определение используется для обозначения составных компонентов интерфейса. В одних случаях под интерфейсом понимают программные средства, обеспечивающие взаимодействие программ операционной системы, в других – устройства сопряжения, обеспечивающие взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы. В основе построения интерфейсов лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов – разъемов и т.д.). Именно совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует архитектуру компьютера

Интерфейс – это совокупность аппаратуры сопряжения и программных средств для организации связи устройств компьютера и самих компьютеров. Аппаратуру сопряжения составляют электронные модули и шины предназначенные для выполнения различных функций. Организует работу аппаратуры сопряжения по передаче информации комплекс специальных программ.

Для реализации принципа микропрограммируемости необходимо наличие в компьютере так называемой постоянной памяти, в ячейках которой будут постоянно храниться коды, соответствующие различным комбинациям управляющих сигналов. Каждая такая комбинация позволяет выполнить элементарную операцию, т.е. подключить определенные электрические цепи и схемы[6].