Архитектура современного ПК

Содержание:

 

 

 

Введение

 

 

Компьютеры прошли долгую историю своего развития, пока не начали носить имя «персональные». Первые компьютеры представляли массивные структуры, размер которых мог соизмеряться с размером жилого дома. Но с развитием микроэлектроники и нанотехнологий их компоненты стали уменьшаться в размерах, тем самым уменьшались размеры и самого компьютера, что делало последних более доступными для обычных слоев населения. Так и появилось широко известное понятие «ПК» и наиболее привычный предмет домашнего обихода.

Персональный компьютер (ПК) – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. ПК стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. 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. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик.

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.

Цель: изучение архитектуры современного ПК, рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, работу взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК, рассмотреть перспективы развития персональных компьютеров.

Актуальность выбранной темы связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

 

1. Архитектура современного персонального компьютера

 

 

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.

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;

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.

 

 

2. Основные блоки персонального компьютера. Состав и их значение

 

 

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.

Рисунок 1 Микропроцессор

 

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.

Выбор конфигурации ПК начинается с выбора системной платы. На материнской плате размещаются:

• процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

Рисунок 2 Центральный процессор

 

• шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) или RAM (random access memory) – служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется.

Рисунок 3 ОЗУ

 

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (read only memory), которое содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись на специальную кассету ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности. Объем ПЗУ относительно невелик - от 64 до 256 Кб.

Рисунок 4. Чип ПЗУ

 

• микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

Рисунок 5 Чипсет

 

• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Рисунок 6 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 (имеет малое время доступа, служит для временного хранения промежуточных результатов и содержимого наиболее часто используемых ячеек ОП и регистров МП).
• возможность обновления базовой системы ввода-вывода (BIOS).

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. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжений с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразований сигналов. Существует  два варианта организации внутримашинного интерфейса: многосвязной интерфейс (каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводниками, интерфейс применяется, как правило, только в простейших бытовых ПК) и односвязной 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.

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. Шина характеризуется типом, разрядностью (это максимальное количество одновременно передаваемой информации), частотой (кол-во циклов срабатывания шины в единицу времени) и количеством подключаемых внешних устройств. Основных шин три:

• Шина данных (ШД). По ней данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Разрядность шины определяется разрядностью МП, т.е. количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться МП одновременно. Разрядность МП постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.
• Шина адреса (ША). Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес, который передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от МП к оперативной памяти и устройствам. Разрядность шины постоянно увеличивается и в современных ПК составляет 36 бит.
• Шина управления (ШУ). По ней передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают какую операцию, считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами.