Компьютер имеет принцип работы

Обновлено: 04.07.2024

Суть компьютера, его назначение и принцип работы. Возможности и области применения. Главные составные части, важные характеристики его узлов.

Компьютер представляет собой прибор, способный выполнять заранее заданную программой последовательность операций. Данная последовательность операций определяется исполняемой программой. Мы не будем рассматривать узко специализированные компьютерные системы. Чаще всего компьютер представляет универсальное устройство, и выполняет те функции, которые предусмотрены запущенной в данный момент на нем программой. В быту чаще всего используются программы для работы в интернете, для использования электронной почты, набор и редактирование текстов с последующей их распечаткой на принтере, для различных развлечений в виде компьютерных игр и просмотра фильмов.

Суть и назначение компьютера

Первые компьютеры предназначались для математических вычислений. Даже самые простые приборы этой области значительно превосходят возможности людей.

Вторым основным применением стало создание различных баз данных. Современные базы данных, например, правительства или крупного банка, содержат огромное количество информации. Работа с таким объемом информации требует применение сложных компьютеров со специальной системой ввода-вывода и надежным хранением данных.

Третьим назначением является управление различными устройствами, сложной техникой или объектами. Даже в бытовой технике встречаются компьютерные устройства. А что говорить о космических кораблях или атомных электростанциях. Компьютеры позволяют собирать большое количество информации о состоянии системы, мгновенно ее обрабатывать, и принимать оптимальное решение о дальнейшем управлении системой.

Четвёртое. Развитие компьютеров достигло такого уровня, что они стали важным информационным инструментом и в каждом офисе, и в каждом доме. Теперь многая работа с информацией производится через компьютер. Это и набор текста, и просмотр видео и фильмов, навигация в Интернете и развлечение играми.

Пятое. Достижения в данной области позволяют создавать современные суперкомпьютеры. Они предназначены для моделирования очень сложных физических и прочих процессов. Например, для расчетов ядерной реакции или глобальных климатических изменений. Еще одним направлением является создание искусственного интеллекта.

Компьютеры стали неотъемлемой частью современного общества, находя применение во всех областях деятельности. И если где-то на производстве, в медицине или других отраслях за функционированием компьютеров следят специалисты, то в быту их работа находится под ведомством обычных людей, зачастую не представляющих принцип действия данных устройств. Знать принципы работы компьютера современному человеку будет, как минимум, полезно, так как он имеет с ним дело постоянно. Наша статья о том, как работают компьютеры, поможет вам устранить пробел в знаниях и повысить техническую грамотность в вопросах работы компьютеров.

Основные компоненты компьютеров

В первую очередь выделим основные компоненты, обеспечивающие функционирование компьютеров. В народе их зачастую называют «железом», но мало кто понимает, как именно эти компоненты работают. При этом отсутствие любого из них сделает работу вашего ПК невозможной.

• Блок питания, главным параметром которого является мощность и умение противостоять краткосрочным перепадам напряжения в сети. Это единственный компонент, не участвующий в обработке информации, его единственная задача - преобразовать переменное напряжение в постоянное, которое требуется в качестве питания всем компонентам компьютера.
• Очень важный компонент с «говорящим» названием материнская плата является основой для размещения оперативной памяти, процессора и других компонентов, а также для связи их между собой посредством специальных шин-проводников. Еще одна важная задача материнской платы - временное хранение данных, для этого на плате имеется постоянное запоминающее устройство
• Насколько быстро ваш компьютер будет «думать» и выполнять поставленные задачи зависит от его процессора. Данный компонент не зря называют «мозгом», потому что именно он совершает все вычислительные действия, являясь лишь не очень большой микросхемой, для которой требуется система охлаждения. Ведь при меньших температурах процессор работает лучше.
• Во время своей работы процессор находится в тесной связке с оперативной памятью, в которой хранится актуальная информация, требующаяся для вычислений. Именно благодаря оперативной памяти процессор направляется в своей работе в правильном направлении.

• Временную актуальную информацию оперативная память берет с жесткого диска, благодаря большой емкости являющегося хранилищем данных. Причем, по сути это даже не один, а целая система дисков с файловой системой, определяющей, где и как именно записывается информация на носителе данных.
• Большое влияние на работу и производительность компьютера оказывает видеоадаптер, который отвечает за вывод изображения на экран монитора. Современные компоненты такого вида наделены собственной оперативной памятью и процессором, что значительно улучшает их возможности. Бывают и встроенные в материнскую плату видеоадаптеры, но их производительность заметно ниже. Такие компьютеры точно не «потянут» мощные графические редакторы или современные игры.
• Для управления компьютером используются такие компоненты, как мышь и клавиатура. Именно они позволяют пользователю вводить данные и давать команды на выполнение процессору и другим компонентам.
• Для вывода результатов обработки данных в компьютере предусмотрен монитор. Он необходим для удобства пользователей, хотя и никак не влияет на происходящие внутри компьютера процессы.

Принцип действия компьютера

Зная, какие задачи решают основные компоненты, проще представить принцип действия компьютера.
• При запуске установленной программы старт делается с жесткого диска, после чего в дело вступает оперативная память, дающая команду процессору.
• Приняв команду, «мозг» компьютера обрабатывает поступающие данные и возвращает полученный результат в оперативную память.
• Оттуда обработанная информация вновь возвращается на жесткий диск, где и сохраняется.

Как видите, для функционирования компьютера одних только основных компонентов (аппаратной части) недостаточно, требуются еще и программы (софт). Именно программы задают алгоритмы работы компьютера, служа для него инструкциями с подробным описанием последовательности действий или команд. Причем компьютеры видят эти описания исключительно на языке чисел, а также логических и математических операций. Все данные, которые хранятся на жестком диске, представлены там в виде числовых описаний. Причем аппаратные элементы понимают лишь информацию в виде двоичных чисел, в то время как в повседневности мы используем десятичную систему измерений. Чтобы было понятно, приведем пример: 0 и 1 самодостаточны и в преобразовании не нуждаются, число 2 компьютер видит, как комбинацию цифр 10, 3 для него - 11, число 4=100 и так далее. Для букв этот принцип тоже действует, надо лишь обозначить порядковый номер в алфавите и записать его двоичным числом.

Благодаря двоичной системе создатели компьютеров значительно упростили задачу по обработке и хранению информации. Это же привело к появлению единиц хранения данных под названием «бит» - тот объем информации, который может быть выражен одним нулем или единицей. Например, «нет или да», «выключено или включено» и другие простейшие вопросы. Но столь простые вопросы встречаются редко, поэтому и стали использовать байты - информацию, группирующуюся из 8 бит.

Заключение

Как видите, для функционирования компьютера необходимо выполнение многих условий. При этом его принцип действия максимально прост и основан на упрощенной системе исчисления. В некоторых случаях компьютер может работать, но для пользователя этого будет недостаточно, так как одних лишь электрических процессов в исправной аппаратной части не хватит, чтобы начать работу с ним. Это лишь физическое функционирование, но «жить» компьютер начинает после установки программного обеспечения. Только после этого наступает логический этап в жизни компьютера, который знаком каждому.

Программный принцип работы компьютера

По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

устройства ввода информации
устройства обработки информации
устройства хранения
устройства вывода информации.

Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах.

Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций

Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ).

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.

Функции памяти:

приём информации из других устройств;
запоминание информации;
выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Принципы фон-Неймана:

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности.

2. Принцип адресности. Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору времени доступна любая ячейка.

3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.

Принцип работы компьютера:

· С помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

· Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы и организует ее выполнение. Команда может задавать:

выполнение логических или арифметических операций;
чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций;
запись результатов в память;
ввод данных из внешнего устройства в память;
вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Устройство управления начинает выполнение команды из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему необходимо продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в иной ячейки памяти.

Результаты выполнения программы выводятся на внешнее устройство компьютера.

Компьютер переходит в режим ожидания сигнала от внешнего устройства.

Системное ПО.

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

К системному ПО кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера. Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование), сжатия файлов на дисках (архиваторы) борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Прикладное программное обеспечение

Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.

Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (Visual Basic, Borland Delphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы.

Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.

Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.

В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.

Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.

Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.

Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам

Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.

В соответствии с принципом фон Неймана, компьютер работает под управлением программы, загруженной в основную память. Программа – совокупность команд, которые выполняются в определённой последовательности.

Примеры типовых команд: арифметическое действие, запись, считывание и пересылка данных.

Рассмотрим на схеме выполнение одной из команд (операторов) программы –команды сложения двух чисел – операндов команды (В и С) и получения результата выполнения команды – А:

Компьютер работает с этой командой, как с последовательностью двоичных сигналов (используем 1 – для сигнала высокого уровня, 0 – для сигнала низкого уровня).

Тогда условно можно представить команду в таком виде:

010 1000 1001 0110,

где 010 – код операции (сложение);

1000 – адрес операнда В;

1001 – адрес операнда С;

0110 – адрес результата А.

Рисунок 5 – Взаимодействие центральных устройств

Тогда последовательность действий будет выглядеть следующим образом (рисунок 5):

ЦУУ считывает команду из ОП (в которой записаны исходные данные и программа);

ЦУУ передаёт сигнал

в ОП об адресах операндов (В и С) и результата (А)

в АЛУ о коде операции (сложение);

Из ОП в АЛУ передаются значения операндов B и C ;

передаёт её значение в ОП

передаёт сигнал в ЦУУ о выполнении команды, на основании которого происходит считывание следующей команды

Процесс взаимодействия центральных и внешних устройств ЭВМ происходит посредством интерфейса (сопряжения), под которым понимается совокупность линии связи между устройствами, а также вид и порядок сигналов, проходящих по этим линиям.

множественный инте рфейс - каждое устройство компьютера соединено отдельными линиями связи с другими устройствами;

единый интерфейс (общая шина) – в этом случае на одну линию связи (шину) параллельно подключены все устройства компьютера. Их взаимодействие происходит в режиме разделённого по времени интерфейса (по очереди).

Шина – не только линии связи, но и устройства синхронизации и усиления сигналов. Важная характеристика шины – пропускная способность (количество информации в единицу времени). Зависит она от разрядности шины и от тактовой частоты компьютера. Разрядность (количество проводов шины) определяет количество бит информации, обрабатываемой одновременно. Тактовая частота задает скорость выполнения операций.

Существуют шины трёх типов:

Отдельно необходимо отметить особенности наиболее распространенных компьютеров – персональных. Первые персональные компьютеры (ПК) по сравнению с существовавшими ЭВМ имели следующие основные особенности (рисунок 6):

Основа элементной базы – микропроцессор (МП) – программно-управляющее средство , построенное на больших интегральных схемах (БИС);

Взаимодействие устройств ЭВМ происходит посредством единого интерфейса (общей шины).

Рисунок 6 – Схема персонального компьютера

ОП – основная память.

ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.

УВВ – устройство ввода.

Увыв – устройство вывода.

ТКУ – телекоммуникационное устройство.

Современные ПК активно подключаются к компьютерным сетям. Поэтому в их архитектуре появляются ТКУ - модем, сетевая карта и др.

Модем - устройство для преобразования цифрового сигнала в аналоговый и наоборот. Он используется для подключения к сети Internet через телефонную, которая является аналоговой, линию.

Читайте также: