Архитектура современного компьютера

Введение 

    Персональный  компьютер (ПК) стал обязательным атрибутом  в любом современном офисе. Это  основная техническая база информационной технологии. Экономист-профессионал XXI века должен обладать обширными знаниями в области информатики, иметь практические навыки по использованию современной вычислительной техники, систем связи и передачи информации, средств оргтехники, знать основы и перспективы развития новых информационных технологий, уметь оценивать информационные ресурсы для принятия оптимальных управленческих решений.

    Вместе  с тем необходимо учитывать, что  неотъемлемой частью профессиональной деятельности современного специалиста управления является его взаимодействие со специалистами в области компьютерных технологий. В этом плане важным фактором эффективности их взаимодействия являются владение специалистами управления основной терминологией компьютерной сферы деятельности, понимание реальных возможностей и особенностей применения компьютерных технологий, умение четко формулировать свои требования как пользователей к подобным компьютерным системам.

    Возможности ПК определяются характеристиками его  функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

    Цель  данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера, рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.

Для поставленной цели нужно решить следующие задачи:

1. Рассмотреть архитектуру современного ПК
2. Изучить основные блоки ПК. Состав и их назначение
3. Исследовать основные внешние устройства ПК

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Теоретическая часть 

1. 1 Архитектура современного ПК

 

    Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью  ее свойств, 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.

    Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.[5, с.129]

    Компьютер, как и человек, представляет собой  систему, в которой уживаются «тело» и «душа».

    «Тело»  компьютера - это его «железная» аппаратная часть (hardware). Аппаратные средства современных ПК представляют собой совокупность электронных, электромагнитных и электронно-оптических устройств. Каждое устройство может выполнять определенный набор действий (функций). Какое именно действие из набора возможных выполняется в данный момент, определяется комбинацией входных управляющих электрических сигналов. Такая комбинация называется командой.

    «Душа» - это оживляющие эту «груду железа»  прикладные  и системные программы (software).

    Достоинствами ПК являются: малая стоимость, находящаяся  в пределах доступности для индивидуального  покупателя; автономность эксплуатации без специальных требований к  условиям окружающей среды; гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту; «дружественность» операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки; высокая надежность работы.

    ПК  с технической точки зрения можно  определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь  выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию  в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.

    В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, соответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.

    Существует  «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без  которых работа ПК становится бессмысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием «типовой персональный компьютер», понимают следующий их состав: корпус с блоком питания; системная (материнская) плата; процессор; оперативная память; видеоконтроллер; монитор; жесткий диск; клавиатура; мышь; дисковод CD-ROM; дисковод гибких дисков; звуковая карта.[1, с.34-38].  
 
 
 
 
 
 

2. Основные  блоки ПК. Состав и их назначение

 

Наиболее  важными компонентами любого ПК, обусловливающими его основные характеристики, являются: микропроцессор, системная (материнская) плата, интерфейс.

Микропроцессор  (МП, Central Processing Unit-CPU) – функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем и находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате. 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:

    устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций ; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

    арифметико - логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);

    микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, т.к. основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор;

    интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. [5, с.130-131].

    Основными характеристиками МП являются:

• Быстродействие (количество операций, производимых в 1 сек.; измеряется в бит/сек);
• Тактовая частота (т.е. количество тактов в сек. Такт-промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой-генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов ПК. На выполнение МП каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц) и гигагерцах (Ггц)) [4, с.20].
• Разрядность (определяется количеством двоичных разрядов, которые МП обрабатывает за один такт) [1, с.44-45].

Системная (материнская) плата. Важнейшим элементом ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации ПК начинается с выбора системной платы. На материнской плате размещаются:

• процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
• шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигнала-

ми между  внутренними устройствами компьютера;

• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
• микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

При выборе материнской платы необходимо учитывать  следующие ее характеристики: возможные  типы используемых МП с учетом их рабочих  частот; число и тип разъемов системной  шины; базовый размер платы;

возможность наращивания оперативной и кэш-памяти; возможность обновления базовой системы ввода-вывода (BIOS). [3, с.78-79].

Интерфейс - совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Все интерфейсы можно разделить на:

• внутримашинный (система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

      Многосвязный интерфейс (каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК);

    Односвязный интерфейс (все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

• внешний (обеспечивает связь ПК с внешними (периферийными) устройствами и другими ПК)

    В подавляющем большинстве современных  ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина [2, с.167-168].

Системная шина находится непосредственно на материнской плате. Функционально системная шина предназначена для передачи информации между МП и остальными компонентами ПК. По шине проходит не только обмен информацией, но и передача адресов, служебных сигналов. [3, с.79]. Шина характеризуется типом, разрядностью (это максимальное количество одновременно передаваемой информации), частотой ( кол-во циклов срабатывания шины в единицу времени) и количеством подключаемых внешних устройств. [1, с. 42]

    Основных  шин три: шина данных, шина адреса и шина управления.

Шина  данных. По ней данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Разрядность шины определяется разрядностью МП, т.е. количеством двоичных разрядов, кот. могут обрабатываться или передаваться МП одновременно. Разрядность МП постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.