Что представляет собой функциональная организация компьютера

Обновлено: 05.07.2024

На сегодняшний день обществом используется очень большое количество вычислительных машин. ЭВМ, компьютер, вычислитель - это совокупность технических устройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различного рода логических, арифметических и аналитических задач.

Любая ЭВМ должна обладать следующими характеристиками:

- комплектация всех составляющих аппаратных ресурсов, необходимых для решения требуемых задач;

- наличие устройства ввода и вывода информации;

- высокая совместимость с другими устройствами приема и передачи информации;

ЭВМ - это взаимодействующая совокупность аппаратных и программных средств.

Конструктивно ПК минимальной конфигурации должен состоять из 3-х компонентов: системного блока - устройства содержащего в своей структуре все основные технические компоненты ПК, дисплея и клавиатуры.

Внутренняя структура представляет собой набор устройств, в которые входят системная плата (материнская), отсеки для устройств внешней памяти и блок питания.

Материнская плата - это пластина, выполненная из диэлектрического материала, на которой размещены: микропроцессор, модуль BIOS, модули ОЗУ и ПЗУ, системная шина, гнезда увеличения ресурсов, адаптеры клавиатуры, НЖМД, НГМД, СD-ROM, модули КЕШ-памяти, контроллеры прерываний, таймер и др.

Прерывание - временная остановка выполнения одной программы в целях выполнения другой в данный момент более важной (приоритетной) программы.

Основным показателем материнской платы является степень ее интеграции - максимальное количество элементов, используемое при разработке платы.

Как известно, процессор является основным вычислительным блоком компьютера. Микропроцессор (МП) появился во второй половине ХХ века. Его работой управляют электрические импульсы: наличие импульса соответствует единице, отсутствие импульса - нулю. МП предназначен для обработки сигналов в двоичном коде и представляет собой целую сверхминиатюрную цифровую вычислительную машину, помещенную на одном кремниевом кристалле. Между собой МП различаются разрядностью и тактовой частотой. Разрядность - это количество бит, воспринимаемых МП как единое целое 4,8,16,32,64 (целые степени числа 2). От разрядности зависят производительность ПК и максимальный объем его внутренней памяти. В компьютере имеется генератор тактовых импульсов, служащих метками времени для синхронизации работы всех устройств. Тактовая частота, измеряется в МГц и определяет производительность (быстродействие) ПК.

В состав МП входят:

Устройство управления (УУ) - координирует работу всех блоков ПК, вырабатывая в определенные моменты нужные сигналы управления.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - выполняет арифметические и логические операции над числами и символами.

Микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ПК. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия. Регистры - это быстродействующие ячейки памяти различной длины.

Математический сопроцессор служит для ускоренного выполнения операций над числами с плавающей запятой, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций.

Интерфейсная система МП реализует сопряжение и связь с другими устройствами и включает в себя:

внутренний интерфейс МП;

буферные запоминающие регистры;

схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

Системная шина - это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

между микропроцессором и основной памятью;

между микропроцессорами и портами ввода-вывода вешних устройств;

между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (режим прямого доступа к памяти).

Вся информация хранится в памяти компьютера - запоминающем устройстве, предназначенном для хранения исходной, промежуточной и конечной информации, а также программ по ее обработке.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - служит для хранения неизменяемой (постоянной) информации, позволяет только считывать информацию. ПЗУ является основным и энергонезависимым, т.е. при отключении питания информация в ней сохраняется.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - служит для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных) в процессе ее обработки. ОЗУ - энергозависимая память, т.е. при отключении питания информация в ней теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Конструктивно ОЗУ выполнено в виде отдельных микросхем, расположенных на материнской плате ПК. Объем ОЗУ в современных ПК составляет 128 Мбайт и выше. Имеется возможность наращивания ОЗУ.

В ПК имеется также регистровая КЭШ-память. Это высокоскоростная память сравнительно большой емкости является буфером между ОП и МП. Использование КЭШ - памяти позволяет увеличить скорость выполнения операций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ («тайник» в переводе с английского).

В КЭШ-памяти хранятся данные, которые будут использоваться в ближайшее время. МП, начиная с 486 и выше, имеют встроенную КЭШ-память. Может использоваться дополнительная КЭШ-память, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких десятков мегабайт.

Внешняя память или внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) используется для долговременного хранения любой информации, которая может потребоваться когда-либо для решения задач, отдельно от компьютера.

К внешним запоминающим устройствам (ВЗУ) относятся магнитные диски предназначенные для записи, хранения и считывания информации.

Магнитные диски (МД) относятся к магнитным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами (прямоугольной петлей гистерезиса), позволяющих фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие две двоичные цифры: 0 и 1. Диски бывают жесткими (накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) - винчестер) и гибкими (накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) - дискеты). Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.

Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (треков)

Каждая дорожка МД разбита на сектора. Водном секторе обычно 512 байт данных. Обмен данными между ОП и НМД осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер - это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подволит ее к выбранной дорожке.

Данные на диске храняися в файлах.

Файл - это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) представляют собой один или несколько жестких дисков из алюминиевых сплавов, покрытых ферролаком, которые вместе с блоком магнитных головок считывания / записи помещены вгерметически закрытый корпус. Емкость НЖМД составляет несколько десятков гигабайт.

Накопители на оптических дисках (НОД) бывают не перезаписываемые и перезаписываемые.

Не перезаписываемые диски обычно называются компакт-дисками (CD ROM). Эти диски поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись выполняется лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD-след - дорожку с микроскопическими впадинками. Появились перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной записью.

Накопители на магнитной ленте (НМЛ) были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных ЭВМ широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте, а в ПК - накопители на кассетной МЛ. Кассеты с МЛ называются картриджами. Лентопротяжные механизмы называются стриммерами. НМЛ имеют небольшую скорость считывания при большой емкости. Используются для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков, для хранения игр и т.д.


1) Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разнотипные слова различаются по способу использования, но не по способу кодирования.

2) Устройство управления и арифметическое устройство обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором. Они определяю действия, подлежащие выполнению, путем считывания команд из оперативной памяти.

Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят:

  • Устройствоуправления (УУ) — формирует и подает во все блоки машины в нужные моментывремени определенные сигналы управления (управляющие импульсы); опорнуюпоследовательность импульсов устройство управления получает от генераторатактовых импульсов
  • Арифметико-логическоеустройство (АЛУ) — предназначено для выполнения всех арифметических илогических операций над числовой и символьной информацией (в некоторыхмоделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключаетсядополнительный математический сопроцессор);
  • Микропроцессорнаяпамять (МПП) — служит дня кратковременного хранения, записи и выдачиинформации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие тактыработы машины. (МПП строится на регистрах и используется для обеспечениявысокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегдаобеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимуюдля эффективной работы быстродействующего микропроцессора.)
  • Интерфейснаясистема микропроцессора — реализует сопряжение и связь с другимиустройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферныезапоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) исистемной шиной.

< p>Генератор тактовых импульсов. Генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины, которая является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

  • Кодовуюшину данных (КШД)
  • Кодовуюшину адреса (КША)
  • Кодовуюшину инструкций (КШИ)
  • Шинупитания

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1. между микропроцессором и основной памятью;
2. между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной и формации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, наиболее распространенными являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.
Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации.

Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Внешние устройства (ВУ). По назначению можно выделить следующие виды ВУ:
1. внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
2. диалоговые средства пользователя;
3. устройства ввода информации;
4. устройства вывода информации;
5. средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

К устройствам ввода информации относятся:

  • Клавиатура
  • Графическиепланшеты (дигитайзеры)— для ручного ввода графической информации,изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера);при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат егоместоположения и ввод этих координат в ПК;
  • Сканеры
  • Манипуляторы(устройства указания): джойстик — рычаг, мышь, трекбол — шар в оправе,световое перо и др. для ввода графической информации на экран дисплея путемуправления движением курсора по экрану с последующим кодированиемкоординат курсора и вводом их в ПК;
  • Сенсорныеэкраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд сполиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

Дополнительные схемы. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Статьи к прочтению:

УРОК 02. Структурная схема компьютера (10 класс)


Похожие статьи:

Читайте также: