Добавлен: 30.04.2023
Просмотров: 131
Скачиваний: 3
Введение
Тема данной курсовой работы является актуальной на протяжении многих лет, так как архитектура персонального компьютера претерпевает несущественные изменения. Меняются лишь характеристики отдельных элементов, но не сами элементы. Когда одни компоненты устаревают, на смену им приходят другие, выполняющие схожие функции.
Цель исследования: «Показать на примере различных персональных компьютеров схожесть их устройства».
Задачи исследования: 1. Изучить общее устройство персонального компьютера. 2. Изучить устройство персонального компьютера на примере нескольких моделей. 3. Показать схожесть в устройстве различных персональных компьютеров.
Объект исследования: «Устройство персонального компьютера».
Предмет исследования: «Изучить устройство персонального компьютера на примере различных моделей».
Устройство персонального компьютера хорошо описали в своих книгах С. В. Симонович («Информатика. Базовый курс»), Э. Таненбаум и Т. Остин («Архитектура компьютера») и А. В. Диков («Компьютер изнутри»). Поэтому в данной курсовой работе больше всего ссылок содержится на работы этих авторов.
Глава 1. Устройство компьютера
1.1. Монитор
Монитор – устройство визуального представления данных.[1] Является основным устройством вывода информации. Большинством параметров изображения, выводимых на монитор, можно управлять программно.
Размер монитора – длина диагонали, измеряемая в дюймах. Стандартные размеры: 14”, 15”, 17”, 19”, 20”, 21”. Одной из важнейших характеристик качества является разрешение монитора (минимальное расстояние между точками, отображающими пятна различного цвета и качества)[2].
В первых компьютерных мониторах использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).[3] Изображение в них образуется в результате облучения люминофорного покрытия, имеющего точки или полоски красного, зелёного и синего цвета, остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе.
Изображение на экране жидкокристаллического монитора образуется при прохождении белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного напряжения. Один пиксел экрана составляет элементарная триада (три ячейки зелёного, красного и синего цвета). Жидкие кристаллы – вязкие органические молекулы, которые двигаются как молекулы жидкости, но имеют скрученную структуру кристалла, меняющую плоскость поляризации света. Позже появились LED(Light Emitting Diode)-мониторы – ЖК-мониторы с LED-подсветкой, которая пришла на смену ламповой. Существует два типа светодиодной подсветки: прямая (задняя панель светодиодов, равномерно подсвечивающая ЖК-матрицу) и торцевая (подсветка располагается по периметру). Также выделяют статическую и динамическую, при которой диоды светят не постоянно, а в зависимости от изображения.
В наши дни ЭЛТ-мониторы не выпускаются и встречаются довольно редко, потому что они слишком широкие и тяжёлые, дают большую нагрузку на глаза. Обретают популярность OLED(Organic Light Emitting Diode)-мониторы, в основе которых лежат органические светодиоды, которые расположены на экране и сами излучают свет. Такой монитор возможно сгибать.
1.2. Клавиатура
Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером.[4] Представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определённую электрическую цепь.[5] Служит для ввода знаковых данных и команд управления. Контроллёр клавиатуры помещает в буфер клавиатуры скан-код нажатой клавиши, генерирует аппаратное прерывание, которое обрабатывается работающей программой.[6] Клавиатура имеет программное обеспечение в составе BIOS (базовой системы ввода-вывода), благодаря чему компьютер реагирует на нажатие сразу после включения.
Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш. Их можно разделить на несколько функциональных групп.
Алфавитно-цифровые клавиши используются для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в двух регистрах (нижнем и верхнем), тем самым обеспечивая возможность ввода нескольких символов. Переключение осуществляется удержанием клавиши SHIFT или нажатием CAPS LOCK. Также существуют раскладки клавиатуры – схемы для закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Способ переключения зависит от операционной системы, установленной на компьютере. Группа функциональных клавиш состоит из двенадцати клавиш (F1 – F12). Их функции зависят от работающей программы и операционной системы. К служебным клавишам относятся: SHIFT, ENTER, ALT, CTRL, TAB, ESC, BACKSPACE, PRINT SCREEN, SCROLL LOCK, PAUSE/BREAK. Клавиши курсора: четыре клавиши со стрелками, PAGE UP/PAGE DOWN, HOME, END, INSERT, DELETE. Группа клавиш дополнительной панели используется для ввода символов, отсутствующих в обычных раскладках клавиатуры (код вводится с нажатым переключателем NUM LOCK).
1.3. Мышь
Мышь – устройство управления манипуляторного типа.[7] Стандартно имеет три кнопки. Возможно регулировать чувствительность. Нуждается в установке драйвера – специальной системной программы. Драйвер обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.
Существует три типа мышей: механические, оптические и оптомеханические.[8] У механических снизу расположены резиновые колёсики, которые фиксируют направление движения. Позже вместо колёс стали использовать шарик. У оптической мыши снизу расположены светодиод и фотодетектор. Некоторые оптические мыши используют для освещения лазер вместо светодиода. Они обеспечивают большую точность. Оптомеханические мыши имеют шарик, который вращает два колёсика, расположение перпендикулярно друг к другу. Колёсики связаны кодировщиками, имеющими прорези, которые пропускают свет. Когда мышь двигается, колесики вращаются, и световые импульсы воздействуют на детекторы каждый раз, когда между светодиодом и детектором появляется прорезь. Число воспринятых детектором импульсов пропорционально расстоянию. Механическая и оптомеханическая мыши имеют недостатки: загрязнение трущихся механизмов, требование свободного пространства на рабочем столе, длинный провод.[9] Поэтому созданы беспроводные мыши, работающие на инфракрасном излучении.
Существует интерактивная мышь, позволяющая пользователю не только видеть, но и чувствовать графический интерфейс.
1.4. Оперативная память
Оперативная память (RAM- Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.[10] Отличие рабочей памяти заключается в большей скорости обмена информацией по сравнению с дисковой памятью.[11] Различают два типа памяти (с точки зрения физического принципа): динамическую (DRAM) и статическую (SRAM).
Ячейки DRAM можно представить в виде микроконденсаторов, которые способны накапливать заряд на своих обкладках. Так как электрический заряд имеет тенденцию исчезать, каждый бит в динамической памяти должен обновляться (перезаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы предотвратить утечку данных.
Ячейки SRAM можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, которые состоят из нескольких транзисторов. Информация в них сохраняется на протяжении всего времени, пока подаётся питание.[12] Обычно время доступа составляет несколько наносекунд.
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти. Микросхемы статической памяти – в качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти). Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. Большинство современных процессоров содержит максимум 32 разряда (232 независимых адресов).
1.5. Процессор
Процессор – основная микросхема компьютера, в которой производятся все вычисления.[13] Микросхема представляет собой многослойную структуру: кремниевую подложку, фоторезистор, множество полупроводниковых слоёв.[14] Состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в них данные могут не только храниться, но и изменяться. Регистры – внутренние ячейки процессора. Данные, попавшие в определенные регистры, могут рассматриваться не как данные, а как команды. Некоторые регистры способны модифицировать исполнение команд. Направляя данные в разные регистры, можно управлять обработкой данных.
С остальными устройствами компьютера процессор связан шинами. Шина – набор параллельно связанных проводов для передачи адресов, данных и управляющих сигналов.[15] Основные виды шин: шина данных, адресная шина и командная шина.
Производительность процессора зависит от следующих параметров: такта (частоты) синхронизации, вырабатываемого генератором тактовых импульсов, среднего количества тактов на команду, количества выполняемых команд. Данные параметры невозможно изменить по отдельности. MIPS (Million Instructions Per Second) – одна из единиц измерения производительности процессора (по отношению ко времени исполнения), скорость операций в единицу времени.
CISC (Complex Instruction Set Computing)-процессоры – процессоры, имеющие широкий набор команд. Они имеют высокую среднюю продолжительность исполнения одной команды, используются в универсальных вычислительных системах. Персональные компьютеры платформы ШИЬ ЗС ориентированы на использование CISC-процессоров. RISC (Reduced Instruction Set Computing)-процессоры – процессоры с сокращённой системой команд. При такой архитектуре количество команд меньше, что способствует более быстрому выполнению. Используются в специализированных вычислительных системах и устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.
1.6. Микросхема ПЗУ и система BIOS
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM – Read Only Memory) – микросхема, находящаяся на системной плате компьютера и хранящая программы базовой системы ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System).[16] Микросхема ПЗУ способна хранить информацию долгое время, даже когда компьютер выключен.[17] Режим записи не предусматривается.[18] Используется для хранения программ или констант, которые не изменяются со временем.
Основное назначение программ, находящихся в BIOS состоит в проверке состава и работоспособности компьютерной системы. Обеспечивает взаимодействие с клавиатурой, монитором, жёстким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать диагностические сообщения, которые сопровождают запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
1.7. Шинные интерфейсы материнской платы
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют её шины и логические устройства, размещённые в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета).[19]
ISA (Industry Standard Architecture) – архитектура, получившая статус промышленного стандарта. Она обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъёмы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, иногда используется для подключения «медленных» внешних устройств (звуковых карт и модемов). Считается устаревшим.
EISA (Extended ISA). Отличается увеличенным разъёмом и производительностью (до 32 Мбайт/с). Считается устаревшим.
VLB – локальная шина стандарта VESA (VESA Local Bus). Имеет повышенную частоту, пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов). Введён во времена процессора 80486 и первых версий Pentium. Используется только в качестве шины для подключения внешних устройств.
FSB (Front Side Bus). Используется для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro. Современные типы памяти (DDR SDRAM, RDRAM) способны передавать несколько сигналов за один такт шины FSB. Это повышает скорость обмена данными с оперативной памятью.
PCI Express. К данному слоту подключаются высокопроизводительные платы расширения (видеокарты).[20]
USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Данный стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Можно подключить до 256 устройств, имеющих последовательный интерфейс. Шина позволяет подключать и отключать устройства, не выключая компьютер. USB 3.0 имеет скорость передачи данных до 5 Гбит/с.[21]