Персональный компьютер и его устройство

Персональный  компьютер и его  устройство

План

1. Компоненты компьютера

2. Основные типы  компьютеров. Конфигурации  персональных компьютеров  (ПК)

3. Состав типового  компьютера

4. Устройства обработки – микропроцессор

4.1. История развития  микропроцессоров

4.2. Внутренняя организация  микропроцессора

4.3. Принципы работы процессора и его характеристики

1. Компоненты компьютера

Компьютер – это электронное устройство, предназначенное для работы с информацией, а именно введение, обработку, хранение, вывод и передачу информации. Кроме того, ПК представляет собой единое двух сущностей – аппаратной и программной частей (что и отражено на следующей схеме).

Согласно определению  компьютера компоненты компьютера можно  разделить на устройства, которые  выполняют определенные функции, связанные  с информацией.

2. Основные типы  компьютеров. Конфигурации  персональных компьютеров  (ПК)

Демонстрация

Персональный  компьютер 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 данных компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует “минимальная”  конфигурация ПК, т.е. минимальный набор  устройств, без которых работа с  ПК становится бессмысленной. Это: системный  блок, монитор, клавиатура, мышь. Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием “типовой персональный компьютер”, понимают следующий их состав:

 

На компьютерном рынке сложилось следующее разделение конфигураций персональных компьютеров.

Рабочая станция (Work Station) представляет собой мощный компьютер, основанный обычно на двухпроцессорной платформе, оснащенный максимальным объемом быстрой оперативной памяти, массивом жестких дисков и часто включенный в локальную сеть предприятия. В зависимости от решаемых задач рабочие станции бывают графическими, для научных расчетов или иного назначения.

Графическую рабочую  станцию комплектуют ЗD-видеокартой профессионального класса, устройствами оцифровки и захвата сигналов телевизионного формата, высокоточными сканерами и другим необходимым оборудованием.

Настольный  компьютер (Desktop) предусматривает самый обширный спектр возможных конфигураций, как платформы, так и дополнительных устройств.

Принято классифицировать настольные компьютеры по предназначению или по производительности. По назначению компьютеры подразделяют на офисные, домашние, игровые, дизайнерские. По производительности различают компьютеры начального уровня (Easy PC), среднего уровня (Mainstream), высшего класса (High End).

Офисный компьютер ориентирован на работу с программами офисного класса, может подключаться к локальной сети и не отличается высокой производительностью. Главное требование к нему – надежность.

Домашний компьютер обычно используют для развлечений и выполнения не слишком сложных учебных (рабочих) заданий. Мультимедийная направленность домашнего ПК выражается в оснащении его процессором и видеокартой среднего класса, приводом DVD, качественным монитором и комплектом хорошей акустики. Зачастую предусматривается подключение компьютера к телевизору для просмотра фильмов в форматах MPEG-4 и DVD на экране ТВ. Непременным условием является подключение к Интернету через модем или сетевую карту. Дополнительным оборудованием для домашнего компьютера являются ТВ-тюнер, сканер, струйный фотопринтер, WEB-камера.

Игровой компьютер требует наличия самой мощной графической подсистемы. Поэтому главным его элементом является графическая карта и адекватный потребностям процессор при достаточном объеме оперативной памяти. Игровой компьютер дополнительно комплектуют джойстиком, рулем (штурвалом), педалями, устройствами виртуальной реальности (шлемы, очки, перчатки).

Дизайнерский компьютер предназначен для выполнения сложных графических работ (кроме ЗD-графики кинематографического уровня) и обработки видео в режиме реального времени. По сути, это рабочая станция начального уровня, в достаточно компактном исполнении. Конкретная конфигурация дизайнерского ПК зависит от специфики решаемых задач. Для работы с ЗD-графикой требуется мощная видеокарта, для работы с видео – самый производительный процессор и так далее.

Ноутбук (Notebook) является переносным персональным компьютером. Помимо компактных габаритов, ноутбук отличается от настольного компьютера возможностью работы от аккумуляторов. Автономное функционирование обусловило высокие требования режиму энергопотребления компонентов. Обычно в ноутбуках используют специальные модификации процессоров, графических чипсетов, жестких дисков с низким энергопотреблением и автоматическим регулированием производительности в зависимости от решаемой задачи.

Обычно ноутбуки классифицируют по размеру, диагонали  дисплея и числу “шпинделей” (отдельных приводов: жесткий диск, дисковод CD-ROM, дисковод гибких дисков и др.). Например, выражение “двухшпиндельный” ноутбук подразумевает наличие в компьютере жесткого диска и еще одного дисковода (чаще комбинированного привода DVD/CD-RW).

Настольный  ноутбук (DeskNote). Этот класс компьютеров возник и развился в 2002 году. Его отличие от ноутбуков заключается в отсутствии аккумуляторов (и, как следствие, невозможности автономной работы), использовании процессоров для обычных настольных ПК, а иногда и адаптеров ЗD-графики высокого класса.

Планшетный  ПК (Tablet PC) характеризуется наличием отдельного сенсорного дисплея с возможностью рукописного ввода и специального электронного пера. Некоторые модели комплектуются клавиатурой, трекболом, приводом CD-ROM, жестким диском.

Карманный ПК (Personal Digital Assistant, PDA) примыкает к товарной нише персональных компьютеров. Невысокая производительность, ограниченный набор программ и неудобный интерфейс пользователя сужают сферу применения КПК. Однако многие КПК позволяют подключаться к настольному компьютеру для переноса данных: телефонного справочника, записной книжки и прочих, позволяют читать литературные произведения в электронном виде, просматривать видео и т.д.

Персональные  компьютеры являются наиболее широко используемыми, их мощность постоянно  увеличивается, область применения расширяется. Однако их возможности  ограничены, и для решения специфичных  задач, требующих объемных вычислений, высочайшего быстродействия, применяют  “не-персональные” компьютеры: супер-ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы), мини-ЭВМ.

3. Состав типового  компьютера

Рассмотрим в  самых общих чертах принципы взаимодействия основных устройств.

Видеодемонстрация

Презентация

Материнская (системная) плата – важнейший элемент ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. По сути, выбор конфигурации компьютера начинается именно с выбора системной платы. В нее устанавливается процессор, оперативная память, с ней связаны жесткий диск и CD-ROM, к ней через соответствующие различным интерфейсам разъемы и порты подключаются различные дополнительные устройства. Таким образом, материнская плата, центральный процессор, оперативная память составляют основу ПК, от их производительности в большой степени зависит производительность компьютера в целом. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названия фирм, их выпускающих. На материнских платах находятся специальные перемычки – джамперы, позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней.

Компьютер должен быть готов к добавлению в систему  стандартных дополнительных устройств, используя стандартные способы  их подключения. Все узлы компьютера взаимосвязаны физически и логически. На материнской плате устанавливаются  разъемы для установки дополнительных устройств – слоты расширения.

Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором  и оперативной памятью через  системную магистраль передачи данных – шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: адресная шина и шина данных.

Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими всеобщее взаимодействие. На интерфейсы существуют стандарты.

Совокупность  интерфейсов, реализованных в компьютере, образует то, что называют архитектурой компьютера.

Для добавления в ПК нового дополнительного устройства необходим контроллер – устройство, аппаратно согласовывающее работу системы и дополнительного устройства. Кроме того, необходим драйвер  этого устройства – программа, позволяющая  программно связать это устройство с системой в целом.

Контроллер должен учитывать аппаратные особенности  подключаемого устройства, а драйвер  должен позволить операционной системе, используя стандартный набор  командных запросов, управлять нестандартным  устройством.

Драйвер выступает  в роли “переводчика” с языка  операционной системы на язык конкретного  устройства, контроллер выступает в  роли аппаратного “мостика” между  системой в целом и дополнительным устройством.

Центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания – сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе.