Аппаратное обеспечение реализации информационных процессов

ЛЕКЦИЯ 2.  Аппаратное обеспечение реализации информационных

процессов.

План.

1. Принцип устройства компьютера.
2. Основные блоки и качественные характеристики ПК.
3. Периферийные устройства.
4. Микропроцессор.
5. Оперативная память, кэш-память.
6. Мониторы.

1. Принцип устройства  компьютера.

     Как бы ни выглядел компьютер, каких бы ни был размеров, для чего бы его  не использовали – для игр, создания документов или управления космическими полетами, главными его свойствами были, есть и будут ввод, обработка, хранение и вывод информации. Компьютер принимает данные, перерабатывает их, хранит результат и выдает его, следуя командам, поступающим от человека.

                                     В Ы В О Д        
 
 
 
 
 

                                                                                            В

                                                                                             В                                                                                        

                                                                                             О

                                                                                             Д 
 
 

     В системе, способной выполнять описанные  функции, должно быть предусмотрено  минимум два устройства: запоминающее – для хранения данных и преобразующее – то, что производит все вычисления, которое назовем центральным процессором. Кроме того, для ввода данных в компьютер и вывода результатов работы нужны специальные устройства ввода и вывода.

     Согласно  принципам, сформулированным в 1949 году американским математиком Джоном фон  Нейманом, центральный процессор  выполняет хранящиеся в памяти программы, оперирует данными, управляет всеми  компонентами компьютера и состоит  из устройства управления, воспринимающего команды программ и организующего их выполнение, и арифметико-логического устройства, предназначенного только для вычислений. Процессор должен быть напрямую связан с блоком памяти, где должны находиться команды или данные, готовые для обработки, т.е. промежуточные данные, находящиеся на пути от постоянного носителя к центральному процессору и обратно. Этот «буфер», хранящий оперативную информацию, называется оперативной памятью.

     Однако  объемов оперативной памяти зачастую оказывается недостаточно, поэтому  для долговременного хранения данных понадобятся специальные носители, с которых процессор сможет считывать программы и данные и на которые будет записывать результаты по мере наполнения запоминающего устройства. Это значит, что носители данных тоже будут устройствами ввода-вывода: мы можем ввести текст с клавиатуры, затем сохранить его на носителе, а потом взять готовый текст с носителя.

     Общая схема описанного  устройства такова:

     

       

       

       

       
 

1. Основные  блоки и качественные характеристики ПК.

     Компьютеры – это универсальные электронные вычислительные машины (ЭВМ), используемые для накопления, обработки и передачи информации. Самое широкое распространение получили персональные компьютеры, предназначенные для индивидуальной работы.

     Персональные  компьютеры – это малогабаритные вычислительные машины, которые могут быть установлены на любом рабочем месте.

     Структурная схема ПК.

 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                            Канал

                                                                                                                                                                           связи

                                                                                                                                                                            

     

     

       

     Минимальный состав персональных компьютеров:

1. системный блок
2. монитор (дисплей)
3. клавиатура

Системный блок является в компьютере главной составной частью. В нем располагаются все основные узлы компьютера:

• электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
• блок питания, который преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
• накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
• накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);
• другие устройства.

Возможности компьютеров зависят от типа и  быстродействия процессора, а также  от объемов оперативной и долговременной памяти.

     Микропроцессор – это устройство управления компьютером. Быстродействие компьютеров определяется числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Основной функцией процессоров является автоматическое управление работой ЭВМ с помощью программ, размещаемых в оперативной памяти.

     В компьютерах первого поколения  быстродействие процессоров составляло несколько тысяч операций в секунду; второго поколения – несколько  десятков тысяч, а в машинах третьего поколения – несколько сотен  тысяч операций в секунду.

     Быстродействие  персональных компьютеров четвертого поколения – несколько миллионов  операций в секунду. В компьютерах  следующих поколений быстродействие будет составлять десятки и даже сотни миллионов операций в секунду.

     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.

     Микропроцессорная память (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины.

     Регистры  – быстродействующие ячейки памяти различной длины.

     Интерфейсная  система микропроцессора  – реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК.

     Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

     Генератор тактовых импульсов  – генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

     Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Обеспечивает 3 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).

     Таймер  – внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

     Монитор (дисплей) – это устройство отображения информации на электронном экране. Дисплеи в персональных компьютерах могут быть цветными и черно-белыми. Информация на мониторах обычно отображается как в телевизоре – на экране электронно-лучевой трубки.

     Клавиатура содержит клавиши, как правило, латинского и русского алфавитов. Кроме того, на клавиатуре имеются цифры и другие специальные знаки. Нажимая на эти клавиши, можно вводить в компьютер самую разную информацию – числа, слова, фразы, а также команды управления компьютером.

     Мышь – устройство, которое подсоединяется к персональному компьютеру электрическим шнуром и которое можно перемещать по столу.

     Минимальной единицей информации считается бит. Бит – это величина, принимающая значение 0 или 1. Любая другая информация может быть закодирована последовательностью из нулей и единиц. Именно в таком виде вся информация представляется в памяти ЭВМ.

     Единицей  памяти в современных ЭВМ считается байт. Байты – это 8-разрядные двоичные числа вида – 00000000, 00000001, …, 11111111. Один байт записывается в виде 8 двоичных знаков информации – нулей и единиц: 1 байт = 8 бит.

Для измерения  памяти большого объема используются следующие единицы:

     1 Кбайт  = 1024 байт    (1 килобайт);

     1 Мбайт = 1024 Кбайт (1 мегабайт);

     1 Гбайт  = 1024 Мбайт (1 гигабайт).

     Машины  первого поколения имели оперативную  память порядка нескольких килобайт, компьютеры второго поколения –  десятки килобайт, а машины третьего поколения – сотни килобайт.

      Скорость  передачи информации по линиям связи оценивается в бодах и килободах. Скорость в один бод – это передача одного бита в секунду:

      1 бод = 1бит/секунда

      1Кбод = 1024 бод.

2. Периферийные устройства ПК.

     К периферийным устройствам  ПК относятся:

• магнитные накопители;
• принтер;
• сканер;
• модем.

     Магнитные накопители – дисководы - наиболее широко распространенные устройства ввода-вывода. В настольных моделях ПК они монтируются в системный блок, а в переносных компьютерах – часто подключаются как внешние устройства. Они применяются для работы с магнитными носителями. Основной носитель информации – магнитный диск, который используется для долговременного хранения информации и программ в персональном компьютере.