Аппаратное обеспечение работы компьютера

Аппаратное обеспечение работы компьютера.

Белевщук Галина Павловна

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный Федеральный Университет»

(ДВФУ)

Школа гуманитарных наук

Кафедра Истории

Реферат

По дисциплине «Информатика»

Специальность «История»

На тему:

«Аппаратное обеспечение работы компьютера»

Работу выполнила:

Студентка группы Б4203

Белевщук Галина Павловна

Работу проверила: ст. преподаватель кафедры информатики, математического и компьютерного моделирования Колобова И. В.

г. Владивосток

2013 г. 
Оглавление

Аппаратное обеспечение работы компьютера.

1. Компьютер (англ. computer — «вычислитель») — электронная вычислительная машина (ЭВМ) — вычислительная машина, предназначенная для передачи, хранения и обработки информации.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать ее. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по трем многоразрядным шинам (многопроводные линии связи).

Архитектура современного компьютера.

Системный блок - функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений. Поддерживающий необходимый температурный режим внутри системного блока, экранизирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение. Системные блоки чаще всего изготовляются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина и органическое стекло.

В системном блоке расположены: материнская плата, с установленным на ней процессором, оперативно запоминающим устройством (ОЗУ), картами расширения (видеоадаптер, звуковая карта).

Материнская плата — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ (оперативно запоминающее устройство) и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express.

Центральный процессор

Центральный процессор - это центральное устройство компьютера. Он выполняет находящиеся в оперативной памяти команды программы и "общается" с внешними устройствами благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенными на специальные контакты корпуса микросхемы.

К обязательным компонентам процессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ). Выполнение процессором команды предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную), перемещение данных из одного места памяти в другое и координацию взаимодействия различных устройств ЭВМ. Выделяют четыре этапа обработки команды процессором: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. В ряде случаев, пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

Функции процессора:

• обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

программное управление работой устройств компьютера. 
Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

1. тактовой частотой обработки информации;
2. разрядностью;
3. интерфейсом с системной шиной;
4. адресным пространством (адресацией памяти)

Тактовая частота обработки информации.

Тактом называют интервал времени между началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу, различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате.

Его главный элемент представляет собой кристалл кварца, обладающий стабильностью резонансной частоты. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (1МГц = 1 млн тактов/с). Тактовая частота влияет на скорость работы, быстродействие МП. Переход к микропроцессору с большей тактовой частотой означает повышение скорое обработки информации. Говоря о быстродействии процессор имеют в виду количество операций, выполняемых им в секунду.

Разрядность процессора.

Это число одновременно обрабатываемых процессором битов, то есть количество внутренних битовых (двоичных) разрядов -- важнейший фактор производительности МП. Процессор может быть 8-,16-, 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

Интерфейс с системной шиной.

Компьютерная шина - в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Шина данных двунаправленная от процессора к устройству и наоборот. Код адреса формируется процессором и передается по шине адреса. Шина однонаправленная (от процессора к устройству). Разрядность определяет объем адресуемой памяти и может не совпадать с разрядностью шины данных. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод) и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств. 
   Системная ШИНА - это аппаратная реализация стандартов взаимодействия различных узлов. Ее разрядность многом определяет производительность компьютера, поскольку она связывает между собой процессор, ОЗУ, слоты (т.е. специальные разъемы) расширения. Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники: MCA, ISA, VESA, EISA, PCI и SCSI.

Адресное пространство (адресация памяти).

Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства а, а для ОЗУ – адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором оперативной памяти называется его адресным пространством.

Чипсет

Чипсет - набор микросхем на материнской плате, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет играет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, ЦПУ, ввода-вывода и других.

Раньше компьютер имел до 2-х сотен микросхем на материнской плате. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

1. контроллер-концентратор памяти (MCH) , который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой. ОН определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти, её максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от него зависит наличие шины видеоадаптера, её тип и быстродействие.
2. контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) или южный мост. Это микросхема, которая реализует «медленные» взаимодействия на материнской плате между чипсетом материнской платы и её компонентами.

Оперативная память

Память компьютера предназначена для хранения информации (программ, данных и команд управления). Размещение информации в памяти называется записью, а получение информации из памяти – чтением или считыванием.

Функции памяти:

1. приём информации от других устройств;
2. запоминание информации;
3. передача информации по запросу в другие устройства машины.

Характеристики оперативной памяти:

Оперативная память является одним из важнейших элементов компьютера. Именно из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память.

Используется два основных типа оперативной памяти: статическая память (SRAM-Static RAM — КЭШ) и динамическая память (DRAM-Dynamic RAM — ОЗУ).

Кэш-память – используется для производительности современных ПК, имеет меньший объем чем ОЗУ (16-256 Кб), но обладает более высоким быстродействием.  Кэш является отдельным устройством памяти, размещенным на материнской плате.

ОЗУ - элемент компьютерной системы, позволяющий запись/чтение данных в оперативном режиме, то есть в тот момент, когда, непосредственно происходит подача электропитания на плату памяти. Подразделяется на два класса. Первый называется статическим и отличается меньшими объемами хранимых данных, но и большей надежностью. Второй класс, соответственно позволяет организовать хранение гораздо большего количества информации, но возникают проблема из-за того, что необходимо постоянно подавать сигналы регенерации. И первый и второй классы ОЗУ отличаются от других способов хранения, очень малым временем отклика, обуславливающим высокую скорость передачи данных.  ОЗУ доступно как для чтения, так и для записи информации. Именно в ОЗУ хранится выполняемая ПК в текущий момент программа и необходимые для неё данные.

Оперативная память (ОЗУ – оперативно-запоминающее устройство) служит для хранения информация только во время работы компьютера. Как только выключается питание компьютера, вся информация из оперативной памяти стирается.

Основой ОЗУ являются микросхемы памяти (chips), которые объединяются в блоки (банки) различной конфигурации. При комплектации банков различными микросхемами необходимо следить, чтобы время доступа у них не различалось больше, чем на 10 нс.

Для нормального функционирования системы большое значение имеет согласование быстродействия центрального процессора и ОЗУ

Эти две разновидности памяти различаются быстродействием и удельной плотностью (емкостью) хранимой информации.

Другие виды памяти

ПЗУ

Постоянные запоминающие устройства стали находить применение в технике задолго до появления ЭВМ и электронных приборов. В частности, одним из первых типов ПЗУ был кулачковый валик, применявшийся в шарманках, музыкальных шкатулках, часах с боем.

Во многих ПК ПЗУ(ROM) реализуется отдельной микросхемой, в которую при изготовлении ПК помещаются основные команды ввода/вывода, осуществляющие начальное взаимодействие аппаратного и программного обеспечения ПК.

Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в ней информации. После выключения питания компьютера информация в ПЗУ сохраняется, т. е.

ПЗУ – энергоНЕзависимое устройство.

По сравнению с оперативным запоминающим устройством ПЗУ обладает большим быстродействием и имеет более простую конструкцию.

Внешняя память компьютера.

Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер. Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации. Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах). 

Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер

Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды

По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

1. Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;
2. Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

В состав внешней памяти входят:

1. накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
2. накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
3. накопители на магнитооптических компакт дисках;
4. накопители на оптических дисках (CD-ROM);
5. накопители на магнитной ленте и др.

НГМД - накопители на гибких магнитных дисках.

•  Предназначены для хранения небольших объемов информации
•  Следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания 
•  Используются для переноса данных с одного компьютера на другой
•  Для работы с информации носитель должен быть отформатирован, т.е. должна быть произведена магнитная  разметка диска на дорожки и секторы
•  Скорость обмена информации зависит от скорости вращения дисковода. Для обращения к диску, вставленному в дисковод, присваивается имя  А:
•  Объём ГМД сравнительно небольшой (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт)
•  Рекомендуется делать копии содержимого ГМД

   Диски  называются гибкими потому, что  их рабочая поверхность изготовлена  из эластичного материала и  помещена в твердый защитный  конверт.

НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках.

   НЖМД  встроены в дисковод и являются  несъемными. Они представляют собой  несколько алюминиевых дисков  с магнитным покрытием, заключенных  в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством  позиционирования. К магнитной поверхности  диска подводится записывающая  головка, которая перемещается по  радиусу диска с внешней стороны  к центру. Во время работы дисковода  диск вращается. В каждом фиксированном  положении головка взаимодействует  с круговой дорожкой. На эти  концентрические дорожки и производится  запись двоичной информации.

Оптические (лазерные) CD и DVD диски

• - Предназначены  для хранения любого вида информации
• - Информацию на CD записывается с помощью лазерного луча
• - Следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности
• - Это носители прямого (произвольного) доступа к информации
• - Объем (ёмкость) CD составляет сотни Мбайт; DVD -более 1Гбайта
• - Более долговечны и надежны, чем магнитные диски

CD – Compact Disk. Изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. Срок хранения 50-100лет

Накопители на магнитных лентах (НМЛ)

• - Используют  для резервного (относительно медленного) копирования и хранения больших  объемов информации (архивы)
• - Устройство для записи и считывания магнитных лент называется стример
• - Это устройство последовательного доступа к информации

Емкость внешней памяти в сотни и тысячи раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями. 
Но обращение к внешней памяти требует гораздо большего времени, так как быстродействие внешней памяти существенно меньше, чем оперативной.

Другие виды архитектуры современного компьютера.

Звуковая плата. Это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.

Сетевая плата, сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер. периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор). Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Компьютерный блок питания - блок питания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения. Также, будучи снабжён вентилятором, он участвует в охлаждении системного блока.

Дисковод - электромеханическое устройство, позволяющее осуществить чтение/запись информации на цифровые носители имеющие форму диска. При этом носитель может быть съёмным или встроенным в устройство. Съёмный носитель часто для защиты помещают в картридж, конверт, корпус и т. д.

1. Дисководы бывают нескольких типов:
2. Дисководы для жестких дисков (НЖМД);
3. Дисководы для дискет;
4. Дисководы для магнитооптических дисков;
5. Дисководы для ZIP-дискет;
6. Дисководы CD-ROM/R/RW;
7. Дисководы DVD-ROM/R/RW, DVD-RAM.

Система охлаждения компьютера - набор средств для отвода тепла (по сути охлаждения) в компьютере.

Для отвода в основном используется:

1. Радиатор (алюминиевый или медный)
2. Связка «радиатор + вентилятор» — кулер
3. Система жидкостного охлаждения
4. Фреонная установка
5. Охлаждающие установки, где в качестве хладагента используются жидкий азот или жидкий гелий.

ТВ-тюнер - род телевизионного приёмника (тюнера), предназначенный для приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания с показом на мониторе компьютера. Кроме того, большинство современных ТВ-тюнеров принимают FM-радиостанции и могут использоваться для захвата видео.

ПК представляет собой соединение монитора, клавиатуры, мыши и акустической системы к системному блоку.

Монитор, дисплей - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации. Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.

Клавиатура - одно из основных устройств ввода информации от пользователя в компьютер. Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчете на английский алфавит.

Клавиатура компьютера состоит из 6 групп клавиш: 
1) Буквенно-цифровые; 
2) Управляющие (Enter, Backspace, Ctrl, Alt, Shift, Tab, Esc, Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock, Pause, Print Screen); 
3)Функциональные (F1-F12); 
4)Цифровая клавиатура; 
5) Управления курсором (->,<-, Page Up, Page Down, Home, End, Delete, Insert); 
6) Световые индикаторы функций (Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock).

Мышь - устройство командного управления.

Принтер (от англ. «печатник») – устройство печати цифровой информации на твердый носитель, обычно на бумагу.

Процесс печати называют вывод на печать, а получившийся документ - распечатка или твердая копия. Лазерные. Обеспечивают высокое качество печати и высокую скорость. Струйные. Главное назначение - цветная печать. Превосходят лазерные по показателю качество/цена.

Сканер - устройство, которое анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создает цифровую копию изображения объекта.

По способу перемещения считывающей головки сканеры подразделяются на: ручные, рулонные, планшетные, проекционные. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотопленок.

Акустическая система - устройство для воспроизведения звука. АС бывает однополосной (один широкополосный излучатель, например динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создает звуковое давление в своей частотной полосе).

10 контрольных  вопросов:

1. Вопрос: Назовите компоненты внешней и внутренней архитектуры современного компьютера? (назвать не менее 3х по каждому пункту)

Ответ: Внешняя архитектура ПК состоит из соединения монитора (дисплея), клавиатуры, принтера, сканера мыши и акустической системы к системному блоку. Внутренняя архитектура ПК состоит из чипсета, материнской платы, центрального процессора, видеокарты, звуковой платы, накопителя на жёсткий магнитный диск (НЖМД) , сетевого адаптера, дисковода, компьютерного блока питания, модема, системы охлаждения компьютера, компьютерной шины и ТВ-тюнера.

2. Вопрос: Что такое процессор? Какими функциями он обладает?

Ответ: 1. Процессор - это центральное устройство компьютера. 2. а) обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; б) программное управление работой устройств компьютера.

3. Вопрос: Назовите важные характеристики микропроцессора.

Ответ: а) тактовая частота обработки информации; б) разрядность;

в) интерфейс с системной шиной; г) адресное пространство (адресация памяти)

4. Вопрос: Что такое тактовая частота?

Ответ: величина, показывающая сколько элементарных операций- тактов микропроцессор выполняет за 1 секунду.

5. Вопрос: Что такое оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) ?

Ответ: Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)– элемент компьютерной системы, позволяющий запись/чтение данных в оперативном режиме, то есть в тот момент, когда, непосредственно происходит подача электропитания на плату памяти.

6. Вопрос: Назовите предназначение Оптических (лазерных) CD и DVD дисков?

Ответ: Предназначены для хранения любого вида информации

7. Вопрос: Чем внешняя память отличается от ОЗУ?

Ответ: Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер. А ОЗУ служит для хранения информация только во время работы компьютера. Как только выключается питание компьютера, вся информация из оперативной памяти стирается.

8. Вопрос: В каком году и кто открыл первый микропроцессор?

Ответ: В 1970 году сотрудник компании INTEL Эдвард Хофф .

9. Вопрос: Основная характеристика оперативной памяти? В чем измеряется? 
   Ответ: Основной характеристикой оперативной памяти является её объём. Он измеряется в мегабайтах (Мб).
10. Вопрос: Почему НГМД называются гибкими?

Ответ:   Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт