Архитектура ПК, виды. Основные блоки ПК. Микропроцессор. Оперативная память. Системная шина. Устройства ввода-вывода информации. Драйверы.

Архитектура ПК, виды. Основные блоки ПК. Микропроцессор. Оперативная память. Системная шина. Устройства ввода-вывода информации. Драйверы. Принтеры. Мониторы. Внешняя память. Принципы фон Неймана.

В познании деятельности компьютера есть несколько уровней. Первый из них, необходимый каждому специалисту, - уровень архитектуры.

 Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за пределы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.

Уровень архитектуры  достаточно глубок, он включат вопросы  управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня, и тем не менее без представления о нем невозможно понять реальную работу компьютера.

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ

Магистрально-модульный  принцип построения ЭВМ

Электронно-вычислительная машина - это универсальное электронное  устройство, предназначенное для  работы с информацией.

Строго говоря, ЭВМ  включает в себя две части: аппаратную часть (HARDWARE) и программную часть (SOFTWARE). Аппаратная часть - это все оборудование, которое входит в состав компьютера, а программная часть (программное обеспечение) - это те программы, которые в компьютере работают. Следует отметить, что сам по себе компьютер без программы работать не будет.

Под конфигурацией компьютера понимают его состав. Аппаратная конфигурация - это устройства, которые входят в состав компьютера, а программная конфигурация - это те программы, которые вы на своем компьютере установили.

Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Существуют три основных вида информационной деятельности человека:

-прием (ввод) информации;

-запоминание информации (хранение информации);

-процесс мышления (обработка  информации);

-передача (вывод) информации.

Компьютер в своем  составе имеет устройства, выполняющие  эти функции человека:

-устройства ввода;

-устройство памяти;

-процессор (устройство  обработки информации);

-устройства вывода.

Эти четыре части обязательно  присутствуют в любом компьютере. Чаще всего устройством ввода служит клавиатура, а устройством вывода – монитор. Но разным людям нужны разные аппаратные конфигурации. Писателю и бухгалтеру обязательно нужен принтер, художнику нужен сканер. Для того, чтобы компьютер мог работать с музыкой, звуком и речью, нужен CD ROM. Для подключения к телефонной сети нужен модем. Существует и множество других устройств, которые можно подключать к компьютеру.

Это устройства называют модулями.

Модуль –  это функционально и конструктивно  законченное устройство или блок ЭВМ.

Между модулями необходим  обмен информацией, который осуществляется через магистраль.

Магистраль - это  общая линия кабелей (шин), к которой  параллельно подсоединяются модули. Подсоединяя через магистраль разные наборы модулей, мы получаем разную конфигурацию ЭВМ.

 

Такой магистрально-модульный принцип  построения ЭВМ сейчас получил широкое  распространение, т.к. обладает разными  достоинствами:

1. Процессор управляет всеми устройствами с помощью одних и тех же команд;
2. Можно подключать к магистрали новые внешние устройства;
3. Можно легко заменять вышедшие из строя или устаревшие модули на новые.
4. Из готовых модулей можно составлять ЭВМ разной мощности и назначения.

Такой принцип построения ЭВМ часто называют принципом открытой архитектуры. Для того, чтобы части компьютера подходили друг к другу, регламентируются и стандартизируются входные и выходные параметры каждого из модулей, а также условия их сопряжения друг с другом.

У компьютера бывают внешние  устройства и внутренние. Внешние  устройства еще часто называют периферийными устройствами или просто периферией. К периферии относятся, как правило, устройства для приема и выдачи информации. К внутренним относятся те устройства, которые находятся внутри системного блока. В основном они занимаются обработкой и хранением информации.

Основные блоки ПК.

• Системный блок
• Монитор
• Клавиатура
• Мышь

Системный блок предназначен: для расположения основных устройств ПК.

Монитор предназначен: для изображения текстовой и графической информации.

Клавиатура предназначена: для ввода символов в компьютер.

Мышь предназначена: для облегчения ввода информации в ПК.

Микропроце́ссор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в противоположность реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Долгое время центральные  процессоры создавались из отдельных  микросхем малой и средней  интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов. Разместив целый ЦПУ на одном чипе сверxбольшой интеграции удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров (см. историю вычислительной техники), в настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров.

Процессор осуществляет обработку информации и управляет работой других блоков. Обращение процессора к внешнему устройству похоже на вызов абонента по телефону. Все устройства пронумерованы. Когда нужно обратиться к внешнему устройству, в магистраль посылается его номер. Как и телефон, устройство может быть занято или свободно. Приняв сигнал «свободно», процессор посылает этому устройству необходимую информацию. Каждое внешнее устройство снабжено приемником сигналов – контроллером (или адаптером). Контроллер играет роль телефонного аппарата. Оно принимает сигнал от процессора и дешифрует его, согласовывает работу каждого устройства с центральным процессором.

Микропроцессор – набор регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой правил.

Микропроцессор характеризуется:

1. Тактовая частота – определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в микропроцессоре. Работа микропроцессора (МП) синхронизируется импульсами тактовой частоты от задающего генератора. Чем выше тактовая частота МП  (при прочих равных условиях) тем выше его быстродействие.
2. Быстродействие – скорость обработки информации (измеряется количеством операций в секунду). При одинаковой тактовой частоте быстродействие ПЭВМ может быть различно.
3. Разрядностью МП называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут передаваться или обрабатываться одновременно.

Понятие разрядность  включает:

• Разрядность внутренних регистров МП (внутренняя длина слова, она измеряется количеством бит информации, которую можно одновременно хранить или обрабатывать в них),
• Разрядность шины данных измеряется количеством информации, которую можно передать по шине за один такт. От разрядности шины данных, внешней длины, зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами,
• Разрядность шины адреса определяет адресное пространство МП, то есть максимальное количество полей (обычно байтов) памяти, к которым можно осуществить доступ. Если, например, разрядность шины адреса равна 20, то общее количество адресуемых ячеек памяти составит 2²⁰ ,т.е. примерно один миллион ячеек.

Операти́вная  па́мять (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — в информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться  как отдельный блок или входить  в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Компьютерная  ши́на (от англ. computer bus, bidirectional universal switch — двунаправленный универсальный коммутатор) — в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка—точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов(соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

 

Устройства вывода	Монитор • Акустика • Принтер • Графопостроитель (плоттер)
Устройства ввода	Клавиатура • Мышь • Трекбол • TrackPoint • Тачпад • Микрофон • Световое перо • Графический планшет • Сенсорный экран • Сканер
Игровые устройства	Джойстик • Руль • Штурвал • Педали • Пистолет • Paddle • Геймпад • Дэнспад • Трекер

Дра́йвер (англ. driver) (множественное число дра́йверы) — это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства.

В общем случае, для использования любого устройства (как внешнего, так и внутреннего) необходим драйвер. Но обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как графическая плата или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

Принтеры можно классифицировать по нескольким основным позициям: принципу работы печатающего механизма, максимальному формату листа бумаги, использованию цветной печати, наличию или отсутствию аппаратной поддержки языка PostScript и другим.

По принципу печати различаются  матричные, струнные и лазерные (страничные) принтеры.  Существует ряд других технологий печати (например сублимационная, печать за счет термопереноса), которые применяются гораздо реже. Лазерная и светодиодная технологии (и последнем случае вместо лазера и отклоняющего лазерный луч зеркала используется линейка светодиодов) во многих случаях, с точки зрении конечного пользователя, неразличимы. Параметр, определяющий качество печати лазерных принтеров, — разрешение.

Наиболее распространены модели формата A3 и Legal (т. е. рассчитанные на лист бумаги чуть больший, чем А4). Модели, работающие с бумагой формата A3, стоят несколько дороже. Соотношение числа продаж у «узких» и -широких» принтеров постепенно изменяется в сторону первых. Большая часть моделей принтеров фермата A3 использует матричный или струйный принцип печати.

По гамме воспроизводимых  цветов принтеры делятся на черно-белые, черно-белые с опцией цветной  печати (такие модели есть среди  матричных и струнных) и цветные. Для цветных принтеров в рамках одного типа (струйных) качество печати очень существенно меняется от модели к модели. В результате и позиционируются они на рынке по-разному. Принтеры с опцией цветной печати, как правило, плохо воспроизводят страницы, на которых цветная графика соседствует с черным фоном. Последний получается путем смешения чернил нескольких основных цветов В итоге черный цвет оказывается недостаточно насыщенным, а стоимость печати такой страницы — весьма высокой.

Для качественного воспроизведения  иллюстраций, хранящихся в векторных  форматах, важно наличие встроенного  интерпретатора языка PostScript. Формально модели, поддерживающие язык PostScript, приблизительно на 25% дороже аналогичных, не включающих эту опции. Однако, чтобы на практике воспользоваться преимуществами языка PostScript, приходится приобретать дополнительную память и разница в цене может оказаться весьма существенной. Наличие PostScript необходимо для допечатной подготовки книг, газет, рекламной продукции.

Но скорости печати можно  выделить четыре группы: матричные  принтеры без автоподачи; принтеры, предназначенные для индивидуального применения и обеспечивающие скорость печати до 8 стр./мин; принтеры, обслуживающие рабочие группы со скоростью печати до 20 стр./мин; мощные сетевые принтеры с производительностью белее 20 стр./мин.

Мониторы

Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монитор похож на телевизор, поскольку оба они формируют изображение с помощью кинескопа (электронно-лучевой трубки), но внутренне они сильно отличаются. Мониторы могут показывать более четкое и детальное изображение, чем любые телевизоры, зато телевизоры значительно интеллектуальнее - они  должны расшифровывать полученный от антенны сигнал, отфильтровывать помехи и т.д., а монитор получает видеосигнал в готовом виде по кабелю от видеоконтроллера.  

Виды  мониторов

Мониторы бывают:

• ·        цветные и монохромные. В цветных изображение формируется светящимися точками красного, зеленого и синего люминофора, а в монохромных – точками люминофора одного цвета (чаще всего белого, зеленого или коричневого). Монохромные мониторы используются для ввода данных, в кассовых аппаратах и т.д. В большинстве приложений цветные мониторы предпочтительнее;
• ·        различного размера - чаще всего от 14 до 21 дюйма. Размер монитора, по сложившейся традиции, определяется по величине диагонали его кинескопа. Следует иметь в виду, что диагональ поля изображения меньше на 5%-10%. В настоящее время в нашей стране наиболее распространены мониторы размером 14 дюймов, но предпочтительнее использовать мониторы с большей диагональю и соответственно с большим разрешением, т.е. наносящим меньший вред пользователю. Поэтому для пользователей, проводящих много времени за компьютером лучше иметь монитор размером не менее 17 дюймов. В издательских, конструкторских и иных применениях используются мониторы размером 20 – 21 дюйм, хотя они значительно дороже;
• ·        с различным зерном, то есть расстоянием между центрами точек люминофора (светящегося вещества) одного цвета. Размер зерна во многом определяет качество монитора и четкость показываемого им изображения. На качественных мониторах размер зерна – 0,25-0,26 мм, на мониторах «среднего качества» - 0,28 мм, на низкокачественных мониторах – 0,31 - 0,39 мм или даже больше.