Архитектура современного компьютера

Шина  адреса. 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. 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 и т.д.[4, с.18-19]

    В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться: шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств; локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса и используются для увеличения производительности системы; периферийные шины, обеспечивают связь центральных устройств машины с внешними устройствами (дисковые накопители, клавиатура, мышь, сканер и др.). [3, с.79-81]

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств:

    Постоянное  запоминающее устройство (RAM, ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

    Оперативное запоминающее устройство (ROM, ОЗУ) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

    Для ускорения доступа к оперативной  памяти используется кэш-память. КЭШ-память или сверхоперативная память  - это очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора (КЭШ-память первого уровня) или вне микропроцессора на материнской плате (КЭШ-память второго уровня); для ускорения операций с дисковой памятью организуется КЭШ-память на ячейке электронной памяти.

    Кроме ОП на системной плате ПК имеется и энергозависимая память CMOS-память.[2, с.118-119]. CMOS-память предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в т.ч. и когда питание ПК выключено (чем отличается от ОЗУ, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы). Для этого используются специальные компьютерные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память. [1, с.50]

Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖДМ) и гибких магнитных дисках (НГДМ). Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на  магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD,DVD-ROM, R, RW), магнитно-оптических дисках и др.

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).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Основные  внешние устройства ПК

 

    Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости внешние  устройства (ВУ) иногда составляют 50-80% всего ПК. От состава и характеристик  ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.

    ВУ  ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими  ПК. Можно выделить следующие виды:  устройства ввода информации; устройства вывода информации; устройства передачи/обмена информацией; видеотерминальные устройства; прочие периферийные устройства

К  устройствам ввода информации относятся:

Клавиатура устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК.

Сканер  устройство для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей.

Графические планшеты (дигитайзеры) устройство для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя   (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

Координатные  манипуляторы - это специальные устройства, которые используются для управления курсором. К ним относят:

1) Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони. Связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п.

2) Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем

направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх.

3) Трекбол — шар, встроенный в клавиатуру, который крутить, добиваясь перемещения графического курсора мыши в нужную точку.[3, с.97]

4) Пойнтер — размещается на клавиатуре и является аналогом джойстика.

5) Тачпад — представляет собой прямоугольную панель, чувствительную к нажатию пальцев, что равносильно нажатию кнопки мыши. [1, с.65]

К устройствам вывода информации относятся:

Принтеры. Все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры

Графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные.[4, с.35-36]

К устройствам передачи/обмена информацией относятся:

Модем устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.

Факс-модем модем, дополненный функциями приема/передачи факсимильных сообщений.

К видеотерминальным  устройствам относятся:

Видеоконтроллер- плата расширения, обеспечивающая формирование изображения на экране монитора на основе информации (в текстовом или графическом режиме), передаваемой от процессора.

Видеомонитор – универсальное средство вывода информации. Подключается

к видеокарте, установленной в слот расширения системной платы в

системном блоке. Монитор работает под управлением специального аппаратного устройства-видеоадаптера, который преобразует информацию, предназначенную для вывода на экран, из внутреннего машинного представления (в виде 0 и 1) в представление монитора (символьном/графическом) [1, с.56-57]

Прочие  периферийные устройства

Устройства  мультимедиа. Мультимедиа- диалоговая компьютерная система, обеспечивающая синтез текста, графики, звука, речи и видеоизображений. ПК принято считать мультимедиа-системой, если он оборудован накопителем на компакт-дисках, звуковой платой (аудиоадаптером), акустическими колонками или наушниками, графическими ускорителями и др.

Аудиоадаптеры (звуковые платы, звуковые карты) предназначены для воспроизведения, записи и обработки звука. Они преобразуют цифровые данные ПК в аналоговый звуковой сигнал и обратно. [3, с.107]. Для вывода звуковой информации используется микрофон, подключаемый ко входу звуковой карты.

Графические ускорители предназначены для ускорения вывода графической информации на экран монитора и содержат графический процессор, локальную видеошину и графическую оперативную видеопамять. [1, с.67-68]

Цифровые  камеры и ТВ-тюнеры получают все большее распространение. Цифровые камеры (видеокамеры, фотоаппараты) позволяют получать видеоизображение, фотоснимки непосредственно в цифровом формате.

Если  установить в ПК специальную плату- ТВ-тюнер и подключить к ее входу ТВ антенну, то можно просматривать телепередачи непосредственно на ПК.[4, с.32-33] 
 
 
 

Заключение 

    Активное  развитие микроэлектроники, появление  и постоянное совершенствование микроминиатюрных интегральных электронных элементов создали основу для развития и совершенствования персональных компьютеров. Производительность их взросла на три порядка, при этом, что очень важно цена практически не изменилась. ПК стал доступен массовому потребителю, и теперь в развитых странах мира компьютер имеется на большинстве рабочих мест и в большинстве семей.

    Сейчас  ПК особенно популярны, т.к. они компактны, не требуют специальных условий  эксплуатации, дешевы, благодаря дружественному интерфейсу с пользователем не требует  специальной профессиональной подготовки при выполнении большей части работ. Все это обусловливается хорошо развитой и усовершенствованной архитектурой ПК, позволяющей активно, качественно, рационально и легко использовать ресурсы ЭВМ при информационно-вычислительных процессах. Так как в информационном обществе главным ресурсом является информация, именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность. А эффективная работа компьютера обеспечивается взаимодействием всех его важнейших деталей и компонентов, образующих его архитектуру. Поэтому невозможно представить современные производственные процессы в мировом информационном сообществе без использования ПК с хорошо разработанной архитектурой.

    Процесс усовершенствования ПК продолжается, разрабатываются и испытываются новейшие технологии в получении, обработке, хранении и передаче информации, изменяются и развиваются структурные элементы ПК, его работа становится все более производительной и качественной, а использование все более простым и понятным. Все это усиливает роль ПК как главного компонента при решении сложнейших задач и делает его незаменимым предметом в современной информационной эпохе. 

2.Практическая часть 

2.1Общая характеристика задачи 

Рассмотрим следующую задачу.

Фирма ООО «Титаник» предоставляет услуги по перевозке грузов. Для определения затрат на приобретение материалов ежемесячно ведется учет количества приобретаемого топлива. Данные о ценах и количестве приобретаемого топлива в течение месяца приведены на рис.1.