Устройство компьютера

 

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. А.И. ГЕРЦЕНА 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по информатике 
 

Устройство  компьютера 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

Студентка 3 группы

Пацай Ю.А.

Проверил(а): 
 
 
 
 
 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 

2007 г. 

Содержание 
 

1. Как устроен компьютер и как он работает………………………………...…..2

1.1. Компьютер изнутри………………………………………………………….3

1.2. Устройства ввода………………………………………………………...…..3 
1.3. Устройства вывода……………………………………………………….….4 
1.4. Устройства связи…………………………………………………………….5

1.5. Накопители……………………………………………………………….….6

2. Действия, выполняемые компьютером………………………………………..6

3. Системный  блок компьютера………………………………………..…………7

4. Память компьютера……………………………………………………………..8

4.1. ОЗУ и ПЗУ…………………………………………………………………...8

4.2. Память на  магнитных дисках…………………………………………….....9

4.3. Лазерные  дисковые накопители…………………………………………..11

4.4. Накопители  на магнитной ленте………………………………………….12

4.5. Иерархия  памяти в персональном компьютере………………………….12

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Как устроен компьютер  и как он работает

Современный компьютер – это универсальная машина для обработки информации. Любая информация внутри компьютера представлена в цифровом виде, и все действия над ней сводятся к простым арифметическим и логическим операциям. Поэтому компьютер еще называют электронно-вычислительной машиной (ЭВМ); в переводе с английского слово «computer» означает «вычислитель».

Центральным устройством любого компьютера является процессор. Именно он преобразует информацию по заданной программе. Процессор содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройства управления (УУ) и некоторые другие компоненты. Устройство управления выбирает из оперативной памяти команды и данные; данные обрабатываются в АЛУ в соответствии с командами. В современных компьютерах процессор выполнен в виде одной микросхемы и потому называется еще микропроцессором. 
В оперативной памяти (ее еще называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) хранится программа, которую компьютер выполняет в данный момент, и данные, которые в настоящий момент обрабатываются. Модуль оперативной памяти ПК представляет собой несколько микросхем, размещенных на небольшой плате. 
Данные в оперативной памяти могут храниться только тогда, когда компьютер работает. Если питание выключить, данные стираются. Для долговременного хранения данных и программ используются накопители: жесткие магнитные диски («винчестеры»), гибкие магнитные диски (дискеты), компакт-диски и др. Сразу после включения питания в ОЗУ нет никакой программы. Однако без программы процессор работать не может. Поэтому каждый компьютер содержит постоянное запоминающее устройство – ПЗУ. Данные в ПЗУ сохраняются и тогда, когда компьютер выключен. После включения процессор сразу начинает выполнять размещенную в ПЗУ программу. А она уже обеспечивает загрузку в ОЗУ других программ с дисков или прочих накопителей. 
В некоторых простых компьютерах, например карманных, накопители не предусмотрены, и компьютер постоянно работает под управлением программ, размещенных в ПЗУ. 
Кроме процессора, запоминающих устройств и накопителей, компьютер содержит также устройства ввода и вывода информации. Основное устройство вывода – монитор: на нем отображается процесс и результаты работы программ. Для ручного ввода команд и данных используются клавиатура и мышь. 
У большинства настольных компьютеров процессор, запоминающие устройства и накопители объединены в одном корпусе, называемом системным блоком. К системному блоку с помощью разъемов, размещенных на его задней стенке, подключаются все остальные устройства. 
 

Компьютер изнутри

 
Большинство современных ПК основаны на архитектуре, унаследованной от компьютеров IBM PC (персональный компьютер фирмы IBM), выпускавшихся в первой половине 1980-х годов. Их по традиции называют IBM-совместимыми, или просто PC. Основная особенность компьютеров PC в том, что владелец компьютера может сам покупать различные новые компоненты и модернизировать свой ПК или дооснащать его устройствами, производимыми разными фирмами. Благодаря этой особенности, называемой открытостью архитектуры, IBM-совместимые компьютеры и получили такое широкое распространение. 
Рассмотрим устройство такого компьютера. 
Системный блок содержит, во-первых, системную плату (ее еще называют материнской платой, так как по-английски она обозначается чаще motherboard, чем system board). На системной плате размещены процессор, микросхема ПЗУ, содержащая программу начальной инициализации компьютера, модули оперативной памяти, интерфейсы к накопителям и другим внешним устройствам. Все эти элементы связаны между собой посредством так называемого чипсета (англ. chip set – набор микросхем). Чипсет представляет собой несколько впаянных в плату микросхем и выполняет функции соединителя всех остальных компонентов компьютера. Процессор обычно вставлен в разъем; его можно легко вынуть и заменить другой, более совершенной моделью. 
На системной плате также имеется несколько разъемов (слотов) расширения. В них можно вставлять новые компоненты: видеоплаты, звуковые платы, внутренние модемы, адаптеры сети и многое другое. 
В корпусе системного блока также размещен блок питания, который преобразует переменное напряжение электрической сети в набор постоянных напряжений, необходимых для питания различных элементов компьютера. В корпусе предусмотрены отсеки для накопителей: жесткого диска (как правило, несъемного), дисководов для дискет и оптических дисков. 

Устройства ввода

 
Клавиатура и мышь – это основные устройства ввода.  
Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем вы еще узнаете. 

Мышь - это небольшая  коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола, вы будете передвигать курсор по экрану монитора.  
С помощью мыши вы можете указывать компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на нужный объект.  
Для выполнения на компьютере некоторых задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера.  
С помощью звуковых колонок, головных телефонов и микрофона компьютер может общаться с человеком естественным для человека способом.  

Сканер относится к периферийным устройствам ввода. С его помощью в компьютер вводится напечатанный на бумаге текст, картинки, фотографии. С помощью сканера можно ввести в компьютер графическое изображение страницы книги с текстом. Компьютер сможет "прочитать" это изображение и преобразовать его в обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий. 
Джойстик – это специализированное устройство ввода, предназначенное в основном для управления компьютерными играми. Джойстики бывают в виде рычагов с кнопками, руля и педалей, штурвала самолета. Джойстик подключается к специальному игровому порту. 
Кроме того, большие массивы информации и программы в компьютер можно вводить со съемных накопителей, по сети и другими способами. 

Устройства вывода

 
Видеоплата относится к устройствам вывода и формирует изображение на экране монитора. Графическая видеоплата (все современные видеоплаты графические, так как отображают на экране монитора не только текст, но и графику) содержит собственную оперативную память (где каждый маленький участок памяти соответствует точке на экране монитора), собственный процессор для выполнения сложных графических вычислений и преобразователь содержимого видеопамяти в видеосигнал. Видеоплата может быть выполнена как отдельное устройство, вставляемое в разъем расширения, или интегрирована в системную плату. 
Видеоплата работает в паре с монитором. На экране монитора отображаются процесс и результаты работы программ. Мониторы бывают электронно-лучевые и жидкокристаллические. Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) отличаются крупными габаритами, но зато они дешевы и точнее передают цвета. Черно-белые ЭЛТ-мониторы меньше утомляют глаза и применяются там, где оператор должен весь день провести за компьютером, например в банках и магазинах. Жидкокристаллические мониторы – компактные, дают четкую картинку без геометрических искажений, однако они дороги и имеют некоторые ограничения по выводу изображения. ЖК-мониторы более безопасны для здоровья, чем ЭЛТ-мониторы. 
Принтер – печатающее устройство. Позволяет печатать графику и тексты (некоторые принтеры могут печатать на конвертах, самоклеящейся или прозрачной пленке, бумажной ленте, компакт-дисках и др.) Принтеры бывают цветные и черно-белые. Самые простые и дешевые цветные принтеры – струйные: в них чернила разбрызгиваются на бумагу мелкими капельками, сочетание нескольких цветов позволяет получить нужный оттенок. 
Лазерный принтер «рисует» изображение лазерным лучом на светочувствительном барабане, который теряет в этих местах электрический заряд и притягивает к себе красящий порошок – тонер. Затем тонер переносится на бумагу, подогревается и расплавляется для закрепления. Лазерные принтеры дороги, но печатают с высокой скоростью. Самые дорогие лазерные принтеры – цветные. 
Если требуется печать больших объемов данных с невысоким качеством (например, финансовая информация), используются матричные принтеры, в которых ряд иголочек ударяет по листку бумаги через красящую ленту. В кассовых аппаратах часто используются термопринтеры с бумагой, которая меняет свой цвет при нагревании. 
Принтеры подключаются к компьютеру через параллельный порт или USB.

Устройства связи

Аппаратный интерфейс – это технические и программные средства, обеспечивающие связь между разными устройствами компьютера. Параллельный интерфейс позволяет передавать за один раз целый байт или «слово» информации (каждый бит по своему проводу); он применяется для быстрой связи на небольших расстояниях. Последовательный интерфейс за одну посылку передает один бит и в общем случае работает медленнее, но позволяет передавать данные на большие расстояния; кроме того, кабель последовательного интерфейса содержит меньше проводов и потому надежнее. Современные последовательные интерфейсы, такие как USB и IEEE1394, уже превосходят по скорости параллельные, и поэтому вытесняют последние. 
В IBM-совместимых компьютерах применяются параллельные интерфейсы IDE (для подключения жестких дисков, приводов компакт-дисков), LPT (принтер, сканер), PCI (шина для подключения плат расширения), AGP (шина для подключения быстродействующих видеоплат); последовательные интерфейсы COM (модем, мышь), USB (мышь, принтер, сканер, web-камера и др.), специальные интерфейсы (клавиатура). 
Модем обеспечивает связь двух компьютеров по телефонной линии, преобразуя цифровые данные в аналоговый (звуковой) сигнал и наоборот. Внутренний модем представляет собой плату, вставляемую в разъем расширения на системной плате, внешний модем выполняется как отдельное устройство и подключается к компьютеру через последовательный интерфейс. Чаще всего модемы используются для подключения к Интернету. 
Сетевая плата обеспечивает связь компьютеров по локальной сети и включается в разъем расширения на системной плате. Если сервер локальной сети подключен к Интернету, то компьютеры связываются с глобальной сетью через сетевую плату.

Накопители

Жесткий диск (винчестер) – основной вид накопителя, которым оснащаются почти все настольные компьютеры. Способ хранения данных – магнитная запись на твердых дисках, изготавливаемых из металла или стекла и покрытых сверху магнитным слоем. Винчестер обычно состоит из 2-4 дисков, собранных в пакет. Для считывания (записи) с каждой поверхности каждого диска используется собственная магнитная головка. Жесткий диск – наиболее чувствительное к механическим воздействиям устройство. Если работающий компьютер резко ударить или сдвинуть, то можно повредить жесткий диск. Жесткий диск подключается к системной плате по интерфейсам IDE или SCSI. 
Дисковод для гибкого диска – накопитель для съемных 3,5-дюймовых дискет. Дискета представляет собой гибкий магнитный диск, заключенный в пластмассовый конверт. Ее емкость – 1,44 Мбайт – уже недостаточна для большинства современных приложений. 
Накопитель на оптическом диске – привод компьютерного компакт-диска (CD-ROM) или диска DVD. Обычные приводы только считывают информацию с дисков, но существуют диски и приводы, которые однократно или многократно позволяют записывать информацию. Считывает и записывает информацию лазерный луч. Благодаря приводам CD-ROM слушают звуковые компакт-диски и смотрят записанные на CD фильмы, с помощью приводов DVD смотрят видеофильмы.  

Действия, выполняемые компьютером 

Компьютер может вводить информацию, обрабатывать, выводить, а также накапливать. Не вдаваясь в детали, отметим, что вся  информация хранится в компьютере в  виде чисел (даже текстовая, звуковая или графическая).

Устройства  ввода преобразуют вводимую информацию в числа. Например, когда вы нажимаете  клавиши на клавиатуре, из нее в  основной блок передаются числа, соответствующие  нажимаемой клавише. Если вводится звуковая информация, она также преобразуется в поток чисел, каждое из которых соответствует амплитуде звукового сигнала в данный момент времени. При вводе изображения при помощи сканера полученный образ хранится в виде чисел, описывающих цвет и интенсивность отдельных точек изображения. При передвижении мыши по поверхности стола направление перемещения мыши и расстояние преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер.

Человеку  неудобно работать с цифровой информацией, он предпочитает аналоговую. Например, многие люди привыкли к механическим часам и не покупают электронные с цифровой индикацией, так как им легче определять время по положению стрелок. Компьютер (вернее, устройство обработки информации, входящее в состав компьютера), "любит" иметь дело с числами.

Поэтому получив от человека информацию, после обработки компьютер должен преобразовать ее из цифровой формы в форму, удобную для человека. Устройства вывода выдают человеку готовый результат обработки в виде изображения, звука и т. д.

Что же касается хранения информации, то она хранится в цифровом виде. Это удобно для обработки информации компьютером. Обычный пользователь никогда не имеет непосредственного доступа к информации, хранящейся в устройствах памяти компьютера, поэтому для него не имеет значения формат записанных там данных.

Помимо  введенной для обработки информации в компьютере хранится и другой вид  данных - программы для работы с  информацией. Программы хранятся в  виде чисел и представляют собой  ни что иное, как инструкции компьютеру по работе с информацией. Программы предписывают компьютеру, какие следует выполнять операции в ответ на действия человека, работающего с компьютером. Как правило, для решения каждой задачи требуется иметь отдельную программу, хотя бывают и универсальные программы, способные выполнять несколько разных задач.

Программы составляются людьми, чья профессия - программисты. Составление программ - чрезвычайно сложная задача, требующая  значительной специальной подготовки, больших затрат труда и времени. Программирование "на хорошем уровне" доступно лишь профессионалам высокого класса. Однако пользователям компьютеров не стоит волноваться по этому поводу. В настоящий момент можно купить программу, подходящую для решения практически любой задачи. Для использования компьютера от вас не требуется умения составлять программы, как не требуется и детального знакомства с устройством и принципами работы компьютера.