Архитектура современного ПК. 5

Министерство  образования и  науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию  ГОУ ВПО

Всероссийский заочный финансово-экономический  институт

Кафедра математики и информатики 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по информатике на тему: 

Архитектура современного ПК 
 
 
 
 
 

                        Преподаватель

       Работу выполнила

                                                          Факультет

                                                          Номер личного дела

                                                          № группы  
 
 
 
 
 
 

Содержание:

Введение…………………………………………………………………..2

I Теоретическая часть

1. Понятие архитектуры компьютера…………………………….…3
2. Фон-неймановский принцип архитектуры компьютеров……...4
3. Архитектура современных компьютеров……………...….……….6

3.1 Основные принципы внутреннего устройства ПК…...….…..6

3.2 Основные принципы внешнего  устройства ПК……………10

Заключение…………………………………………………………...…...15

II Практическая часть

1. Общая характеристика задачи………………………………...…..16
2. Описания алгоритма решения задачи…………………………….19

Список  литературы…………………………………………………...…26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение:

     Персональные  компьютеры прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Мы уже не можем представить  себе работу в офисе без компьютеров  и офисной техники. И даже дома почти у каждого уже есть этот верный друг и помощник.

     Прогресс  компьютерных технологий идет семимильными шагами. Каждый год появляются новые  процессоры, платы, накопители и прочие периферийные устройства. Рост потенциальных  возможностей ПК и появление более  новых производительных компонентов неизбежно вызывает желание модернизировать свой компьютер.

     Актуальность  данной темы заключается в том, что, не зная общего устройства и основных принципов работы компьютера, невозможно провести его подключение и модернизацию.

    Цель  данной курсовой – изучение архитектуры  современного ПК и ее функции.

     В теоретической части данной работы описаны общие принципы построения современных компьютеров.

    В практической части работы будет  решена задача под вариантом № 9 с использованием табличного процессора MS Excel 
 
 
 
 
 
 
 
 

I Теоретическая часть

1. Понятие архитектуры  компьютера

   Термин  персональный компьютер был введен фирмой IBM для первых настольных компьютеров, предназначенных для индивидуального использования, в начале 80-х годов.

      Под архитектурой ПК понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК построена на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию.

    Компьютер имеет следующие компоненты: системный  блок, монитор, клавиатура, мышь, колонки, принтер, сканер, внешний модем.

    Основной  частью компьютера является системный  блок, в котором имеются: блок питания; материнская плата, по которой осуществляется информационная связь между различными компонентами; процессор, т.е. главная  микросхема, производящая операции по обработке данных и управлению устройствами; оперативная память, где находятся данные, с которыми работает процессор; жесткий диск, на котором хранятся данные пользователя; видеоплата, осуществляющая обработку видеоданных для дисплея; звуковая плата, обрабатывающая звуковые данные и выводящая их в виде звука с помощью колонок; накопители для CD-дисков и DVD-дисков; порты ввода/вывода, предназначенные для пересылки данных с/на внешние устройства. 
 

2. Фон-Неймановский принцип архитектуры компьютеров 

    Любой современный компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джорджем фон Нейманом еще в 1945 году и имеет следующие основные признаки. Машина состоит из блока управления, арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и устройств ввода-вывода. В ней реализуется концепция хранимой программы: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Выполняемые действия определяются блоком управления и АЛУ, которые вместе являются основой центрального процессора. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается «счетчиком адреса» в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные – именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе.

     Рассмотрим  схематично классическую структуру  вычислительной машины (рис.1), на основе которой уже более полувека создаются ЭВМ.

Рис.1 Классическая структура ЭВМ:

АЛУ – арифметико-логическое устройство; ЗУ – запоминающее устройство; 
УУ – устройство управления; У_вв – устройство ввода; У_выв – устройство вывода. 

     Устройство  управления инициирует работу устройства ввода, давая ему команду на выполнение операции ввода информации в запоминающее устройство ЭВМ. Оно, в свою очередь, указывает, из какого места запоминающего  устройства необходимо передать информацию в арифметико-логическое устройство, какую операцию над этой информацией должно выполнить арифметико-логическое устройство, в какое место запоминающего устройства записать результат операции. Оно также инициирует работу устройства вывода для вывода результата из запоминающего устройства и выполняет ряд других функций.

     Фон-неймановская архитектура – не единственный вариант  построения ЭВМ, есть и другие, которые  не соответствуют указанным принципам (например, потоковые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основаны именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских машин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Архитектура современных компьютеров 

     3.1 Основные принципы внутреннего устройства ПК 

       К основным устройствам внутренней  конфигурации относят: микропроцессор (МП), оперативную память, основной  набор микросхем (ChipSet – набор микросхем), кэш – память, а также интерфейсные шины, используемые для связи устройств между собой.

     Центральный процессор - это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера

     Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

     Основные  функции микропроцессора – выполнение вычислений, пересылка данных между  внутренними регистрами, управление ходом вычислительного процесса. Микропроцессор непосредственно взаимодействует с оперативной памятью и контроллерами системной платы. Главными носителями информации внутри процессора служат регистры.

     В состав микропроцессора входят АЛУ, устройство управления, внутренние регистры. Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы для выполнения команд, АЛУ – арифметические и логические операции над данными. Оно может состоять из нескольких блоков, например блока обработки целых чисел и блока обработки чисел с плавающей точкой.

     Главная характеристика микропроцессора –  его быстродействие, которое в значительной степени зависит от тактовой частоты микропроцессора. Важной является также архитектура микропроцессора, которая определяет, какие данные он может обрабатывать, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд, как происходит обработка данных, каков объем внутренней памяти микропроцессора.

     Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

    В составе микропроцессора может  присутствовать сверхоперативная, или  кэш-память (L2), которая обеспечивает более быструю передачу информации, чем оперативная память.

     Микропроцессор  обменивается информацией с внешними устройствами через системную шину.

     Центральный процессор взаимодействует с  внутренним запоминающим устройством, называемым оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) или оперативной памятью (ОП).

     Оперативная память предназначена для приема, хранения и выдачи информации (чисел, символов, команд, констант), т.е. всей информации, необходимой для выполнения операций в центральном процессоре. Кроме оперативной памяти во всех компьютерах обычно имеется внутренняя постоянная память, используемая для хранения постоянных данных и программ.

     Основной  набор микросхем (чипсет) включает системный  и функциональный контроллеры и  микросхемы, которые определяют основу работы материнской (системной) платы. Системный контроллер обеспечивает передачу данных по системной шине и, соответственно, обмен данными с процессором и кэш-памятью, а также передачу данных по шине памяти и обмен данными с оперативной памятью и видеоконтроллером. Функциональный контроллер осуществляет обмен данными с системным контроллером и со всеми периферийными устройствами компьютера, за исключением монитора. Именно от чипсета зависит, с какими типами процессоров работает материнская плата, какой максимальный объем оперативной памяти, какова скорость обмена данными по шинам компьютера.

     Кэш-память – это сверхбыстродействующая оперативная память. Она используется для ускорения операций в памяти ПК. В кэш-память записывается из ОЗУ та часть информации, с которой работает процессор в данный момент. Кэш-память реализована на отдельных микросхемах.

     Производительность  и эффективность использования ПК определяются не только возможностями его процессора и характеристиками ОП, но в большей степени составом его периферийных устройств, их техническими данными, а также способом организации их совместной работы с центральной частью ПК.

       Связь между устройствами ПК  осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике  называются интерфейсами.

     Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех устройств  между собой.

     Системная шина включает: шину данных, шину адреса и шину управления.

     Шина  данных обеспечивает передачу информации между МП, памятью и периферийными  устройствами. Шина двунаправленная, т.е. позволяет осуществлять пересылку  данных как в прямом, так и в  обратном направлении.

     Шина  адреса используется для передачи адресов  ячеек памяти и регистров для  обмена информацией с внешними устройствами.

     Шина  управления предназначена для передачи управляющих сигналов – управления памятью, управления обменом данных, запросом на прерывание и т.д.

     На  системной плате находятся разъемы  для плат, управляющих работой  различных устройств ПК. Для расширения возможностей ПК используют платы расширения. Разъемы плат расширения унифицированы  т.е. в любой разъем можно вставить любую плату расширения.

     Разъемы, через которые процессор обменивается данными с внешними устройствами (принтер, «мышь» и т.д.), называют портами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Основные принципы внешнего устройства ПК 

     Внешние устройства (ВУ) - это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса.

     Внешними  называются устройства, обеспечивающие ввод, вывод и накопление информации в ПК и взаимодействующие с  процессором и оперативной памятью  через системную шину, а также  через порты ввода-вывода. К ним  относятся как устройства, находящиеся вне системного блока (клавиатура, мышь, монитор, принтер, сканер, внешний модем и другие), так и устройства, размещаемые внутри него (накопители на дисках, контроллеры устройств, внутренние факс-модемы и другие).

    ВУ  ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы 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.

     Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность ее содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

     В состав внешней памяти компьютера  входят: накопители на жестких  магнитных дисках; накопители на  гибких магнитных дисках; накопители на компакт-дисках; накопители на магнитооптических компакт-дисках; накопители на магнитной ленте (стримеры)    и др.

   Гибкий диск или дискета, - носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

   Если  гибкие диски – это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск – информационный склад компьютера. Накопитель на жестких магнитных дисках или винчестерский накопитель – это наиболее массовое запоминающее устройство большой емкости. Используется для постоянного хранения.

   Накопителем на компакт-дисках является CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – компакт-диск, из которого можно только читать). Емкость CD достигает 780 Мбайт.

   На  смену СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD , но вмещают до 17 Гбайт данных.

   Записывающий  накопитель CD-R способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт.

   Стример – устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой емкостью 1-2 Гбайт и больше.

   Флэш-память представляет собой современное  устройство хранения данных на основе энергозависимой памяти. Устройство имеет минимальные размеры, распознается как жесткий диск допускает «горячее», т.е. при включенном компьютере, подключение.

    Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.

       Монитор – устройство визуального представления  данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительским параметром являются: тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

    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 – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфовитно-цифровых данных, а также команд управления. Бывают полноразмерные (настольные ПК) и уменьшенные (портативные ПК). Клавиатура относиться к стандартным средствам ПК.
• мышь – устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта на экране монитора.
• графические планшеты (диджитайзеры) - 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;
• 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;
• сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

    К устройствам вывода информации относятся:

• принтеры - печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;
• 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение:

    Таким образом, под архитектурой ПК понимают его логическую организацию, структуру, средства вычислительной системы. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе, что является очень удобным для пользователя, поскольку дает возможность подобрать самостоятельно нужную конфигурацию, а также проводить модернизацию ПК.

    Устройства ПК подразделяются на внутренние, находящиеся внутри системного блока, и внешние, подключаемые к системному блоку через информационные кабели.

    Основные  внешние устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь, колонки, принтер и другие.

    Внутренние устройства: блок питания, материнская плата, процессор, оперативная память, жесткий диск, видеоплата, звуковая плата, накопитель для CD или DVD-дисков и другие.

    Однако  прогресс не стоит на месте, и с  течением времени ученые открывают  новые возможности создания вычислительных систем, принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров.

    Все это говорит о появлении новых вычислительных устройств, работающих на совершенно ином принципе и о значительном расширении области их применения. 
II Практическая часть

1. Общая характеристика задачи

    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 приобретенного топлива в течение месяца приведены на рис.1.

1. Построить таблицы по приведенным ниже 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.
4. Сформировать и заполнить сводную ведомость затрат на приобретение топлива за квартал, определить среднюю цену 1 л топлива за квартал (рис.2).
5. Результаты расчета средней цены 1 л топлива по каждому месяцу и по каждому виду топлива представить в графическом виде.