Архитектура современного ПК. 2

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине информатика на тему:

 

 

«Архитектура современного ПК»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смоленск - 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННОГО ПК_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _4

 

• Структура ПК_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 4

 

• Основные блоки ПК и их значение_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 5

 

• Микропроцессор_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _5

 

• Генератор тактовых импульсов_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _6

 

• Внутримашинный системный интерфейс_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 6

 

• Системная шина_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 7

 

• Интерфейс IDE_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _8

 

• Шина SMBus_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 8

 

• Кэш-память_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 8

 

• Архитектура чипсета_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _9

 

• Подсистема Ввода/Вывода BIOS (Basic I/O System)_ _ _ _ _ _ _ _ 10

 

• Основная память_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _10

 

• Внешняя память_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 11

 

• Внешние устройства_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _11

 

• Средства мультимедиа_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _  13

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _23

ВВЕДЕНИЕ

Персональный компьютер (ПК) стал обязательным атрибутом в  любом современном офисе. Это  основная техническая база информационной технологии. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают  непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам среди молодежи, широко использующей их для своих целей.

Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто выбрать нужный блок, определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера и ее функций. Основными задачами данной курсовой являются рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.  Компьютер - это многофункциональное электронное устройство для накопления, обработки и передачи информации.

Персональный компьютер - это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая  организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. 

Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи  и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: центрального процессора; основной памяти; внешней памяти; периферийных устройств.

АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННОГО ПК

Структура ПК

В основу построения большинства  ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного  управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).

2. Принцип однородности  памяти (программы и данные хранятся  в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит  из нумерованных  ячеек).

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана).

Основное внимание при изучении архитектуры ПК уделяется структуре и функциональным возможностям машины.

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 аппаратных и программных средств.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд. Команда – это описание операции, которую должен выполнить компьютер.

Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы - сотни миллионов операций в секунду.

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Рис.1. Структурная организация ПК

 

ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ПК И ИХ ЗНАЧЕНИЕ

Микропроцессор (МП)

Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. 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. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);

Интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

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.

Внутримашинный системный интерфейс - система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой - представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса.

1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; интерфейс применяется, как правило,только в простейших бытовых.

2.Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

В подавляющем большинстве  современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.

Системная шина

Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

кодовую шину данных (КШД), кодовую шину адреса (КША), кодовую шину инструкций (КШИ), шину питания.

Системная шина обеспечивает три направления 

передачи информации:

- между микропроцессором  и основной памятью; 

- между микропроцессором  и портами ввода-вывода внешних  устройств; 

- между основной памятью  и портами ввода-вывода внешних  устройств (в режиме прямого  доступа к памяти).

Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины           8-,16,32- и 64- разрядные) и тактовой частоты , на которой шина работает .

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.

Интерфейс IDE

Термин IDE (Integrated Drive Electronics) означает, что контроллер управления жестким диском встроен в сам  диск в виде платы. Жесткие диски и интерфейс IDE - это альтернатива профессиональному интерфейсу SCSI (Small Computer System Interface), но IDE обеспечивает достаточно высокую скорость работы и большой объем жестких дисков.

Шина SMBus

Универсальная Последовательная Шина (Universal Serial Bus USB) – последовательный интерфейс. Она была разработана для мониторинга за состоянием компьютера (величина напряжений, температура и т.п.), а также для работы с внешними устройствами, такими, как принтеры, сканеры, мышки, клавиатуру, модемы т.п.

Кэш-память

Кэш-память, находящаяся в самом  ядре процессора (во всех современных  процессорах) - это самая быстрая  память, в которую помещается информация, которая необходима процессору.

 
Рис2. Иерархия памяти

Рисунок выше помогает представить  принцип взаимодействия процессора, кэш-памяти, оперативной памяти и устройств хранения информации. Чем ближе к процессору, тем емкость памяти уменьшается, а скорость - увеличивается.  Нормальное значение производительности компьютера зависит от хорошо спроектированной и реализованной архитектуры памяти, чтобы на других этапах передачи данных не возникало перегрузок и застоев в передаче данных. Кэш-память, размещенная в ядре процессора всегда гораздо быстрее и мощнее памяти, размещенной на материнской плате. Кроме того, кэш, размещенный в ядре процессора, работает одновременно и с данными, и с инструкциями для процессора. Такая архитектура была названа Гарвардской - «Harvard Architecture».

Архитектура чипсета

В обеспечения лучшей работы процессора, его стабильности и надежности очень большую роль играет дизайн материнских плат. На рис. 5 схематически изображено устройство архитектуры любой материнской платы. Чипсет материнской платы состоит из двух компонентов (которые, как правило, представляют собой независимые чипсеты, связанные друг с другом). Называются эти компоненты Северный и Южный мост. Они означают расположение чипсета моста относительно шины PCI: Северный находится выше, а Южный - ниже. Эти названия дали чипсетам по выполняемыми ими функциями: они служат для связи различных шин и интерфейсов.

 
Рис.3. Архитектура чипсета

 Северный Мост работает с самыми скоростными устройствами, поэтому сам должен работать очень быстро, обеспечивая быструю и надежную связь процессора, памяти, шины AGP и Южного Моста. Южный мост работает с медленными устройствами, такими как жесткие диски, шина USB, PCI, ISA и т.п.

Подсистема  Ввода/Вывода BIOS (Basic I/O System)

BIOS - это низкоуровневое  программное обеспечение, контролирующее  физическую работу устройств  на материнской плате. Процессор  запрашивает код BIOS при загрузке, включая тестирование памяти  и конфигурацию периферии. Изменяя настройки BIOS, пользователь может настроить работу системы так, как ему необходимо. Многие настройки в последних версиях BIOS меняют частоты работы памяти, системной шины и процессора.

Основная память (ОП)

Предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

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

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Оперативная память - совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную 8-значную комбинацию из нулей и единиц - 1 байт (8 бит). Каждая такая ячейка имеет адрес (адрес байта) и содержимое (значение байта). Адрес нужен для обращения к содержимому ячейки, для записи и считывания информации. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит информацию только во время работы компьютера. Емкость оперативной памяти современного компьютера 32-2048 Мбайт.

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 (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках.

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-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.                                               

Внешние устройства (ВУ)

Это важнейшая составная часть  любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости 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 ЭВМ. ВУ классифицируются по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

-  внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

-  диалоговые средства пользователя;

-  устройства ввода информации;

-  устройства вывода информации;

-  средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав дисплеи, реже принтеры,  клавиатуру и устройства речевого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей) - устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода - это различные микрофонные акустические системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

Устройства речевого вывода - это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

 

графические планшеты (диджитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера);

сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

Принтеры. Все печатающие устройства можно подразделить на последовательные, строчные и страничные. По используемой технологии печати различают матричные, струйные, лазерные 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.

Устройства связи и телекоммуникации

Для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы).

В частности сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор- демодулятор.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа

(multimedia- многосредовость) - это комплекс  аппаратных и программных средств,  позволяющих человеку общаться  с компьютером, используя самые  разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа  относятся устройства речевого ввода  и вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они  позволяют автоматически вводить  в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video-) и звуковые (sound-) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

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.

 

Ведомость затрат на приобретение ГСМ за январь 2006 г.
Наименование  материала	1 партия		2 парития		3 партия		Средняя цена за 1 л
	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л
Дизельное топливо	14,20	250	14,05	200	14,25	310
Бензин АИ-92	15,40	310	15,15	275	15,50	355
Бензин АИ-95	16,25	145	16,20	120	16,35	170
		Средняя  цена 1 л горючего за месяц:
Ведомость затрат на приобретение ГСМ за феварь 2006 г.
Наименование  материала	1 партия		2 парития		3 партия		Средняя цена за 1 л
	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л
Дизельное топливо	14,30	240	14,35	250	14,25	270
Бензин АИ-92	15,45	320	15,50	320	15,55	300
Бензин АИ-95	16,30	160	16,35	180	16,40	150
		Средняя  цена 1 л горючего за месяц:
Ведомость затрат на приобретение ГСМ за март 2006 г.
Наименование  материала	1 партия		2 парития		3 партия		Средняя цена за 1 л
	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л	цена, руб	кол-во, л
Дизельное топливо	14,50	220	14,45	250	14,55	200
Бензин АИ-92	16,65	290	15,60	320	15,75	280
Бензин АИ-95	16,45	155	16,40	195	16,50	120
		Средняя  цена 1 л горючего за месяц:

 

Рис.1. Данные о затратах на приобретение ГСМ по месяцам

 

 

 

 

 

1. Построить таблицы по приведенным выше данным.
2. Выполнить расчет средней цены 1 л топлива по каждому виду, данные расчета занести в таблицы (рис.1). Средняя цена определяется как отношение общей суммы затрат на приобретение данного вида топлива в течение месяца к общему количеству приобретенного топлива за месяц.
3. Организовать межтабличные связи для автоматического формирования ведомости затрат на приобретение топлива за квартал.

	ООО "Титаник"
							Расчетный период
							с		по
							__.__.20__		__.__.20__
	СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ  ЗАТРАТ НА ПРИОБРЕТЕНИЕ ГСМ
	за 1 квартал 2006 г.
	Наименование  материала	январь		февраль		март		Средняя цена за 1 л
		средняя цена, руб	количество, л	средняя цена, руб	количество, л	средняя цена, руб	количество, л
	Дизельное топливо
	Бензин АИ-92
	Бензин АИ-95
	Средняя цена 1 л горючего за квартал:
	Бухгалтер                                     ____________________

Сформировать и заполнить сводную ведомость затрат на приобретение топлива за квартал, опередить среднюю цену 1 л топлива за квартал (рис.2).

Рис.2. Ведомость затрат на приобретение ГСМ за квартал

5. Результаты расчета средней цены 1л топлива по каждому месяцу и по каждому виду топлива представить в графическом виде.

 

 

 

Отчет по практической части с алгоритмом решения задачи

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ  ЗАДАЧИ

1. Запущен табличный процессор MS Excel.
2. Создана книга с именем «Затраты на приобретение материалов».
3. Лист 1 переименован в лист с названием Ведомости затрат.
4. На рабочем листе Ведомости затрат MS Excel создана таблица базового прайс-листа.
5. Заполнена таблица базового прайс-листа исходными данными.
6. Лист 2 переименован в лист с названием Сводная ведомость затрат.
7. На рабочем листе Сводная ведомость затрат MS Excel создана таблица Сводная ведомость затрат за квартал, в которой будут содержаться данные сводной ведомости за квартал.
8. С помощью с помощью математических расчетов заполнены графы Средняя цена за 1 л в таблицах Ведомости затрат по месяцам, находящихся на листе Ведомости затрат.
9. Для автоматического формирования таблицы Сводная ведомость затрат за квартал, находящейся на листе Сводная ведомость затрат проведены следующие действия:
10. В ячейку В38 введена формула: =ПРОСМОТР(H4;Лист1!$H4:$H6).

Данная формула размножена для остальных ячеек (с В38 по В40).

Таким образом, выполнен цикл, управляющим параметром которого является номер строки. Заполнена графа Средняя цена, руб, за январь.

11. В ячейку С38 введена формула: =C4+E4+G4.

Данная формула размножена для остальных ячеек (с С38 по С40). Заполнена графа Количество, л, за январь.

12. В ячейку D38 введена формула:

=ПРОСМОТР(H13;Лист1!$H13:$H15).

Данная формула размножена для остальных ячеек (с D38 по D40).

Заполнена графа Средняя цена, руб, за февраль.

13. В ячейку Е38 введена формула: =C13+E13+G13.

Данная формула размножена для остальных ячеек (с Е38 по Е40).