Архитектура современных ПК

Введение

1. Архитектура современного ПК
2. Основные принципы функционирования ПК
3. Структура современного ПК
4. Характеристики основных компонентов современного ПК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Архитектура современного ПК

 

Персональный компьютер (ПК) – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям  общедоступности и универсальности  применения. ПК стал обязательным атрибутом  в любом современном офисе. Это  основная техническая база информационной технологии. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают  непременной составляющей своей  компетентности знание аппаратной части  персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам  среди молодежи, широко использующей их для своих целей.

Архитектор, проектируя здание, обязан не только позаботиться о его  красоте и форме, но и представить  подробный план здания (структуры), предусмотреть надежность, безопасность, удобство его эксплуатации и использование  эффективных технологий. Таким образом он решает вопросы взаимодействия проектируемого здания с окружающей средой, с людьми, для которых здание строится.

Подобное можно сказать  и об архитектуре компьютера, которая  связана с набором качеств, влияющих на ее взаимодействие с пользователем. Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, совокупность его свойств и характеристик, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре  и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Одним из существенных достоинств современного ПК является гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным  применениям в сфере управления, науки, образования и в быту.

 

Основные принципы функционирования ПК

 

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался  электронной вычислительной машиной  – ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком  Джоном фон Нейманом в 1945 г. Современные  компьютеры, базируясь на тех же принципах, имеют некоторые отличия, обусловленные развитием техники  и служащие решению важных для пользователя задач.

Структурная схема современного ПК

Компьютер состоит из:

• АЛУ – арифметическое логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ»;
• УУ – устройство управления. Организует процесс выполнения программ;
• ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, или память;
• УВВ – устройства ввода и вывода. Получают информацию извне, выводят ее получателю.

Достижения микроэлектроники позволили объединить в одной  сверхбольшой интегральной схеме, называемой микропроцессором (МП) или процессором, АЛУ и УУ. Уменьшение габаритов ОЗУ позволило разместить МП и ОЗУ на одной электронной плате, называемой системной, или материнской. Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных проводов – локальную или системную шину. В состав этой шины входят шина данных, по которой передаются из ОЗУ в МП также и команды, шина адреса и шина управления. УВВ включают УВВ и управляющие ими контроллеры (карты), включаемые в системную плату или установленные прямо на ней.

В современных ПК возможна также параллельная работа нескольких процессоров. За счет распараллеливания  выполнения одной задачи или параллельного  выполнения многих задач достигается  увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают  цепи, связывающие между собой  отдельные процессоры. Двухпроцессорные машины отличаются от однопроцессорных прежде всего именно более «мягкой» реакцией на действия пользователя, особенно если в системе одновременно запущено несколько задач.

Важным элементом структуры  современного компьютера и принципа его действия являются сигналы и  понятия прерываний. Если в микропроцессор извне поступает сигнал запроса  на прерывание, выполнение текущей  программы приостанавливается, в  заранее определенной области ОЗУ  сохраняются все промежуточные  результаты и адрес останова в  программе, и микропроцессор выполняет  специальную программу обработки  прерывания, в которой указано, что  надо сделать в этом случае. После  ее завершения восстанавливаются все  промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы  с запомненного ранее адреса.

В основу архитектуры современных  ПК положен магистрально-модульный  принцип. Этот принцип позволяет  самим комплектовать нужную конфигурацию компьютера и при необходимости  производить ее модернизацию. Модульная организация опирается на шинный метод обмена информацией между модулями (устройствами). Этот принцип также называют принципом открытой архитектуры.

 

Структура современного ПК

 

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

Рассмотрим принципы взаимодействия основных устройств ПК.

Материнская (системная) плата  – важнейший элемент ПК, к которому подключено всё то, что составляет сам компьютер. В нее устанавливается процессор, оперативная память, микропроцессорный комплект (чипсет), с ней связаны жесткий диск и CD-ROM, к ней подключаются различные дополнительные устройства.

Таким образом, материнская  плата, центральный процессор, оперативная  память составляют основу ПК, от их производительности зависит производительность компьютера в целом. На материнской плате  находятся специальные перемычки  – джамперы, позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней. На материнской плате устанавливаются разъемы для установки дополнительных устройств – слоты расширения. Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных – шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины.

Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами.

Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими  всеобщее взаимодействие. 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.

Центральной частью компьютера является системный блок с присоединенными  к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания – сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе.

В системном блоке располагаются  все основные устройства компьютера: микропроцессор, оперативная память, контроллеры, накопители, дисководы  для компакт-дисков, блок питания, счетчик  времени и другие устройства.

Все компоненты ПК по их функциональному  отношению к работе с информацией  можно условно разделить на:

• устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);
• устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память и др.)
• устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.)
• устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т.д.).

 

Характеристики основных компонентов современного ПК

 

Микропроцессор (центральный  микропроцессор, CPU) – программно управляемое  устройство, предназначенное для  обработки информации под управлением  программы, находящейся сейчас в  оперативной памяти.

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния  прямоугольной формы площадью всего  несколько квадратных сантиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Микропроцессор установлен на материнской плате и связан с ней интерфейсом процессорного разъема (Socket).

В состав микропроцессора  входят АЛУ, устройство управления, внутренние регистры. УУ вырабатывает управляющие  сигналы для выполнения команд, АЛУ  – арифметические и логические операции над данными. Оно может состоять из нескольких блоков, например блока  обработки целых чисел и блока  обработки чисел с плавающей  запятой.

В современных микропроцессорах в основу работы каждого блока  положен принцип конвейера. Если в микропроцессоре имеется несколько  блоков обработки, в основу работы которых  положен принцип конвейера, то его  архитектуру называют суперскалярной. Основными характеристиками процессора являются: быстродействие, тактовая чистота и разрядность.

Связь между устройствами ПК осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике  называются интерфейсами.

В персональном компьютере, как правило, используется структура  с одним общим интерфейсом, называемым также системной шиной. При такой  структуре все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через системную шину. Физически она представляет собой  систему функционально объединенных проводов, по которым передаются три потока данных: непосредственно информация, управляющие сигналы и адреса.

Несомненными достоинствами  ПК с шинной структурой являются ее простота, а, следовательно, и невысокая  стоимость; гибкость, так как унификация связи между устройствами позволяет  достаточно легко включать в состав ПК новые модули, т.е. менять конфигурацию компьютера. К недостаткам следует  отнести снижение производительности системы из-за задержек, связанных  со временем ожидания устройствами возможности  занять шину, пока осуществляется передача информации между устройствами с  более высоким приоритетом. Для  преодоления этого недостатка в  персональных суперкомпьютерах используется архитектура с несколькими шинами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

• Жукова Е.Л., Бурда Е.Г. Информатика: Учебное пособие. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К»; Ростов н/Д: Наука-Пресс, 2007 г.
• Информатика и информационные технологии / Под ред. Ю.Д. Романовой. – М.: Эксмо, 2008 г.
• Крайзмер Л.П. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. – СПб.: Питер, 2006 г.