Архитектура персонального компьютера. 4

                                                Башпотребсоюз

                               Бирский кооперативный техникум.

 

 

 

 

 

                     Реферат

 

  по дисциплине: «информатика»:

на тему:

 

      «Архитектура персонального  компьютера»

 

 

         Выполнила: студентка 3 курса 31 группы

                                                                            Угрюмова В.В.

                                          Проверил: Сабитова А.С .

 

 

 

 

                                          Бирск– 2008 Г

 

 

 

 

 

 

                                          Содержание.

 

Компьютер – что это? Принципы работы компьютера………………………………………………...3

Процессор……………………………………………………………………………………………………….....4

Память……………………………………………………………………………………………………………....5

Накопители……………………………………………………………………………………………………….....5

Флэш-память………………………………………………………………………………………………………...7

Устройство ввода информации……………………………………………………………………………….7

Клавиатура…………………………………………………………………………………………………………..7

Сканер………………………………………………………………………………………………………………..8

Мышь…………………………………………………………………………………………………………………9

Другие манипуляторы для работы с компьютером…………………………………………………………..9

Другие устройства для ввода  информации в компьютер…………………………………………………..10

Устройства вывода информации……………………………………………………………………………10

Монитор……………………………………………………………………………………………………………..10

Аудиосистема………………………………………………………………………………………………………11

Принтеры……………………………………………………………………………………………………………11

Устройства связи…………………………………………………………………………………………………12

 

Используемая  литература……………………………………………………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     Введение: Компьютер – что это?

                                     Принципы работы компьютера.

 

         Персональный компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и передачи информации.

       . 

Значительно более важным в этом определении является слово автоматизация. Компьютеры отличаются от механических устройств и электрических счетных приборов тем, что работают по заложенным в них программам. Программа – это упорядоченная последовательность команд.

 

Взаимодействие между компьютером  и человеком с помощью программ называется программным интерфейсом.

 

Любой компьютер построен на общих  принципах, которые позволяют выделить следующие  главные устройства (устройства  компьютера бывают внешние и внутренние):

 

- память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из пронумерованных  ячеек;

- процессор, включающий в себя  устройство управления и арифметико-логическое  устройство;

- устройство ввода; - устройство  вывода.

  Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

 

Если этих устройств недостаточно, то для выполнения специальных  задач  к компьютеру подключают дополнительное оборудование. Оно тоже может быть внутренним (тогда его вставляют в системный блок) или внешним (подключается с помощью разъемов). Дополнительное внешнее оборудование называют периферийным оборудованием.

 

В 1945 году Джон фон Нейман сформулировал  следующие общие принципы (они  положены в основу построения подавляющего большинства компьютеров):

 

1) Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

 

2) Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Компьютер не различает, что хранятся в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами в памяти можно выполнить такие же действия, как и над данными. Таким образом, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

  3) Принцип адрессности.  Структурно-основная память состоит из пронумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

     Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.

 

 

 

                                             Процессор.

                                                         

    Процессор - это "мозг" компьютера. Процессором называется устройство, способное обрабатывать программный код и определяющие основные функции компьютера по обработке информации.

Процессор выполняет  основную работу в компьютере.

 

    Процессоры конструктивно могут выполняться как в виде одной большой интегральной микросхемы - чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоком электронных плат и устройств. В настоящее время микропроцессоры и процессоры вмещают в себя миллионы транзисторов и других элементов  электронной логики и представляют собой сложнейшие высокотехнологичные электронные устройства. Персональный компьютер содержит в своём  составе довольно много различных процессоров. Каждое устройство, будь то видеокарта, системная шина или ещё что-либо, обслуживается своим собственным процессором или процессорами. Однако архитектуру и  конструктивное исполнение персонального компьютера определяет процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и  оперативную память, и что более важно, выполняющие объективный код  программ. Такие процессоры принято называть центральными или главными процессорами. На основе архитектуры центральных процессоров строится архитектура материнских плат и проектирование архитектуры и конституции компьютера.

 

   Компьютеры с процессорами, поддерживающими систему команд Intel x86,называются Wintel-компьютерами (от Windows  и Intel).

 

   Тактовая частота процессора определяет минимальный квант времени, за который процессор выполняет некоторую условную элементарную операцию. Тактовые частоты измеряются в мегагерцах и определяют количественные характеристики производительности  компьютерных систем в целом. Чем больше (выше) тактовая частота, тем быстрее работает центральный  процессор.

 

    Каждый микропроцессор имеет определённое число элементов памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое устройство и устройство управления.

 

    Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессоров.

 

    В арифметико-логических устройствах производится арифметическая и логическая обработка данных.

 

  Устройство управления вырабатывает необходимые управляющие сигналы, для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой, через внешние шины микропроцессора.

 

                                                     Память.

 

    Память - устройство, предназначенное для хранения информации. Всё, что требуется от компьютерной памяти, это сохранять один бит информации так, чтобы потом можно было его извлечь.

    Память бывает внутренняя и внешняя. Внутренняя память находится  внутри компьютера и предназначена для хранения программ и их данных в процессе работы электронно-вычислительной машины. Внешняя память предназначена для долговременного и энергонезависимого хранения программ и данных.

 

        Два подразделения внутренней памяти: оперативная и постоянная.

 

   Оперативная память (RAM, random-access memory) служит для хранения программ и данных, с которыми работает процессор в данный момент. На оперативную память накладываются жёсткие ограничения по скорости чтения и записи информации. Современные типы оперативной памяти не могут сохранять своё содержимое после выключения питания компьютера.

 

    Постоянная память (ROM, red-only memory) служит для хранения программ, которые должны быть доступны компьютеру, сразу после включения, ещё

до загрузки операционной системы. В постоянной памяти хранится программа  первоначального тестирования, BIOS (базовая система ввода-вывода) компьютера. На отдельных микросхемах ROM, размещённых на платах расширения (видеокартах, сетевых адаптерах), хранятся BIOS этих плат.

 

                                                       Накопители.

 

   Внешняя память реализуется в современной электронно-вычислительной машине в виде набора различных накопителей, которые долговременно хранят записанную на них информацию независимо от наличия электрического питания. Накопители состоят из носителя - устройства, на которых непосредственно хранится информация, и привода - устройства, предназначенного для чтения и записи информации на носитель. В некоторых типах накопителей они представляют собой единое конструктивное целое. Принципы хранения информации в накопителях основываются на магнитных, оптических и других свойствах вещества.

 

   Накопители на магнитных дисках. Их основой является диск (или диски), покрытые магнитными окислами, которые под воздействием магнитного поля могут изменить свою намагниченность и оставаться в таком состоянии достаточно длительное время. Магнитный диск может быть либо гибким, на основе полимеров, либо жёстким, на основе аллюминевых пластин.

 

   Носителем в накопителях на гибких, магнитных дисках является магнитный диск - дискета (флоппи-диск)  - на полимерной основе, заключённой в пластиковый конверт. Носитель читается и записывается в приводе - дисководе, который содержит магнитную головку и двигатель, приводящий в движение диск и головку. Дискета может свободно выниматься из привода, поэтому дискеты чаще всего используют для переноса информации между компьютерами. Недостатками накопителей на гибких магнитных дисках являются их низкая ёмкость, недостаточное быстродействие и надёжность.

 

   Накопитель на жёстком магнитном диске внешне представляет собой прочный металлический корпус, внутри которого находится один или несколько магнитных дисков. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Сам диск представляет собой круглую металлическую пластину с очень ровной поверхностью, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передаётся на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и "запомнить".

 

     Накопители на магнитных лентах. Они широко применялись до появления надёжных и быстрых магнитных дисков. В этом виде накопителей носителем является полиэтиленовая лента, на которую нанесён слой магнитного вещества. Первые персональные компьютеры в качестве внешних накопителей использовали обычные кассетные магнитофоны, в которых в качестве носителя использовалась обычная аудиокассета. В современных компьютерах используется высокоскоростные ленточные накопители - стримеры, в которых на специальных кассетах с магнитной лентой могут храниться гигабайты информации. Информация с магнитной ленты читается не в произвольном порядке, а в последовательном, то есть для того, чтобы считать последнюю порцию данных, необходимо прочитать и всё предыдущие. Поэтому стримеры используются в основном для копирования и долговременного хранения информации, на случай аварийных ситуаций (резервное копирование).

 

    Накопители на оптических дисках. В них в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами. Наиболее распространенным видом оптических накопителей является компакт-диск. Стандартный компакт-диск состоит из основы, отражающего и защитного слоёв. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой. Он сверху покрывается защитным слоем лака - так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта с внешней средой.

 

   Информация записана на диске в виде спиральной дорожки, идущей от центра к краю диска, на которой расположены углубления (так называемые питы). Информация кодируется  чередованием питов (условно - логических единиц)

и промежутков  между ними (условно - логических нулей). Лазерный луч головки привода  проходит по дорожке и по характеру  отражённого луча считывает информацию.

 

   Наиболее распространены диски CD-ROM, на которые информация наносится фабрично и не может быть изменена. Существуют также диски и приводы CD-R, которые позволяют однократно записывать и читать компакт-диски. Компакт-диски имеют низкую цену, высокое быстродействие и срок хранения данных, измеряемый десятками лет.

 

   В последние годы большое распространение получили диски DVD (Digital versatile disk - цифровой универсальный диск). Изначально изобретённый для записи цифрового видео, сейчас он используется для хранения больших объёмов (до нескольких гигабайт) информации. По своему строению DVD-диски очень походят на компакт-диски.

 

   Существуют также накопители, в которых применяется комбинация магнитных и оптических свойств вещества. Таких накопителей называют магнитооптическими.

 

 

 

                                                       Флэш-память.

 

    Флэш-память основана на некоторых электрических свойствах вещества и позволяет хранить на кристаллах, площадью несколько квадратных миллиметров, большие объёмы информации

 

. Флэш-память энергозависима. Обладая низким электропотреблением при чтении и записи данных, высокой скоростью и низкой ценой, флэш-память обладает таким недостатком, как ограниченное число циклов чтения перезаписи (несколько десятков тысяч раз). В настоящее время флэш-память используется в бытовых цифровых устройствах (цифровых фотоаппаратах, видеокамерах, мобильных телефонах  т. д.) и в качестве внешней памяти персональных компьютеров. В скором времени флэш-память вытеснит флоппи-диски в качестве основного способа обмена информации между персональными компьютерами.

 

                                  Устройство ввода информации.

 

   Устройствами ввода называются устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. Разнообразие выпускаемых устройств ввода обусловлено использованием разных технологий осязаемых и голосовых. Хотя они работают по различным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи - позволить пользователю связаться со своим компьютером.

 

                                                                  Клавиатура.

 

    Главным устройством ввода большинства компьютерных систем является клавиатура. Она в том или ином виде, скорее всего так и останется главным устройством ввода,   даже, несмотря на развитие технологий распознавания речи.

 

    Клавиатура представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определённую электрическую цепь. Основной принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш, причём замыканию или размыканию любого из них соответствует свой уникальный цифровой код.

 

    Современные клавиатуры имеют от 101 до 105 клавиш различного назначения:

- алфавитно-цифровые, или знаковые  клавиши для ввода букв английского  и национального алфавитов, а также и различных символов;

- служебные клавиши (Enter, Tab, Esc, Insert, Delete и другие) для выполнения определённых действий, например: для окончания ввода текста, удаления символа и другие;

- клавиши управления курсором (например, Home, End, Pad Up, Pad Down);

- управляющие клавиши (Shift, Ctrl, Alt), нажимающиеся в комбинации с другими клавишами и изменяющие их значение;

- функциональные клавиши (от F1 до F12), используемые для доступа к определённым функциям в различных программах;

- вспомогательная клавиатура, используемая  для быстрого ввода чисел и  математических операций.

 

                                                            Сканер.

 

  Еще одним устройством ввода является сканер. Сканер - устройство для ввода изображений с бумажных или других оригиналов в компьютер (отсканированные изображения могут в цифровом виде редактироваться и храниться в компьютере, а тексты могут быть распознаны с помощью специальных программ и переведены в цифровой вид.). Сканеры бывают планшетными, ручными и барабанными.

 

   В планшетных сканерах считывающая линейка медленно движется параллельно поверхности листа бумаги и считывает изображения по точкам. На линейке размещены элементы, которые называются ПЗС (приборы с зарядовой связью). Планшетные сканеры имеют хорошую точность и выполняют ввод графических изображений с разрешением от 300 до 1200 точек на дюйм.

 

   Ручные сканеры перемещают вручную. Их точность и разрешение ниже (250 точек на дюйм). Самую высокую точность обеспечивают барабанные сканеры, в которых считывающая головка неподвижна, а цилиндрический барабан вращается с высокой скоростью. Изображение закрепляют на цилиндрической поверхности барабана. Барабанные сканеры обеспечивают разрешение несколько тысяч точек на дюйм.

 

 

                                                            Мышь.

 

   Мышью называется двухмерный аналоговый манипулятор, которая подключается к персональному компьютеру и снабжается, как правило, двумя  кнопками на верхней крышке и, возможно, колёсиком.

 

 Обычно принято считать левую  кнопку основной, а правую –  дополнительной. Мышь - крайне важное  устройство в составе персонального  компьютера, поскольку вместе с  клавиатурой постоянно используется для ввода информации и управления ею внутри персонального компьютера.

 

  Некоторые мыши кроме кнопок также имеют устройства для скроллинга (прокрутка вверх, влево или вправо большого изображения или текста) - резиновое колёсико (вращается дискретными "шагами"), небольшой рычажок (нажимается вперёд или назад, задавая соответствующее направление скроллинга) или так называемую кнопку-качельку (нажатие на её передний конец задаёт скроллинг верх, нажатие на задний конец - вниз).

 

   В механических мышах используется маленький шар, который выступает над нижней поверхностью устройства и вращается по мере его перемещения по поверхности. Переключатели внутри мыши определяют перемещение и направление движения шара.

 

   В оптических мышах вместо крутящегося шарика используется луч света, сканирующий координатную сетку, нанесённую на специальную подложку. С помощью такого механизма и определяется движение. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повышает его надёжность.

 

Мышь – не единственный вид манипулятора для работы с компьютером.

 

                         Другие манипуляторы для работы с компьютером.

 

     Touch Pad представляет собой панель (обычно прямоугольной формы) чувствительную к нажатию пальцев или ладоней. Нажав пальцем на Touch Pad и передвигая его по её поверхности, пользователь может маневрировать курсором так же, как и при использовании мышки. Для выбора какого-то пункта меню можно нажать на кнопку, а можно непосредственно на плоскость Touch Pad.

 

  Трекбол – устройство, подобное мыши, но, в отличие от него, всегда остаётся неподвижным, а управление перемещением курсора осуществляется вращением шарика, который находится в верхней части трекбола.

 

   Джойстик – устройство ввода информации, выполненное, в виде рукоятки управления, по форме напоминающей переключатель скоростей автомобиля или штурвал  самолёта. В основном джойстик используется для компьютерных игр.

 

 

 

                         Другие устройства для ввода информации в компьютер.

 

   В последнее время широкое применение нашли цифровые фотоаппараты. Они способны записывать данные на гибкий диск в виде файла, который потом нетрудно перенести на компьютер.

 

   Возможен ввод изображения в компьютер из видеокамеры.

 

   Это устройства для любителей компьютерных игр – различные рули, педали, геймпады и прочее; устройства для компьютерных художников – планшеты и световое перо; чувствительные к нажатию экраны, микрофоны для ввода в компьютер звуковой информации  и даже уникальные устройства для управления указателем с помощью взгляда.

                        

                                      Устройства вывода информации.

 

   К устройствам вывода информации относят видеосистему, звуковую систему и принтер.

 

   Видеосистема служит для вывода текстовой и графической информации из компьютера. Она состоит из видеоадаптера (или иначе видеокарты), который отвечает за формирование изображения, и, монитора, на который это изображение выводится.

 

Основные компоненты видеокарты – видеопроцессор и видеопамять.

 

   На ранних этапах развития персональных компьютеров  выводом информации на экран занимался основной процессор, а в оперативной памяти существовала специальная область – видеопамять. Однако, по мере того как требования к качеству графики ежегодно возрастали, этой выделенной области оперативной памяти стало не хватать. Да и процессору все труднее давалась обработка растущих потоков информации. Решение вопроса было найдено в создании специального видеопроцессора и вынесении его на отдельную плату вместе с памятью. Эта плата называется видеокартой.

 

                                                                    Монитор.

 

Монитор – это устройство вывода графической и текстовой информации в форме доступной пользователю. Мониторы входят в состав любой компьютерной системы. Сегодня самый распространенный тип мониторов – это мониторы с жидкокристаллическими экранами, сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Жидкокристаллические мониторы имеют очень малую толщину (порядка нескольких сантиметров) и не излучают электромагнитных полей. Размер монитора определяется диагональю экрана и измеряется в дюймах. Современные мониторы имеют размер 15, 17, 19, 21 и более дюймов.

 

  Любое изображение на экране формируется с помощью маленьких точек – пикселов, которые могут изменять свой цвет. Количество цветов. Которые может принимать пиксел, называется глубиной цвета. А количество пикселов на экране – разрешением. Современные мониторы поддерживают разрешение не менее 800x600 пикселов с глубиной цвета 16 миллионов цветов.

                                                              Аудиосистема.

 

  Аудиосистема служит для воспроизведения звуковой информации: звуков, музыки, звуковой дорожки в фильмах, речи.

 

  Аудиосистема состоит из звуковой платы (или адаптера) и акустической системы: колонок, наушников.

  Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

 

- аналого-цифровой, который преобразует  непрерывные (то есть аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его в память компьютера;

 

-цифро-аналоговый, выполняющий обратное  преобразование сохранённого в  цифровом виде звука в аналоговый  сигнал, который затем воспроизводится  с помощью акустической системы.

 

  Акустическая система преобразовывает аналоговый электрический сигнал в звуковые волны. Современные акустические системы способны создать полную и иллюзию трехмерного звука.

 

                                                         Принтеры.

 

 Принтер необходим для изготовления бумажных копий документов, подготовленных на компьютере. На заре вычислительной техники принтеры использовались как основное устройство вывода информации, поскольку мониторы в то время были ещё несовершенны и мало распространенны. Принтеры классифицируются по принципу работы печатающего механизма.

 

  В матричном принтере печатающая головка содержит девять или двадцать четыре расположенных в ряд металлических иголок. Иголки, нажимая на лету с красящим слоем. Оставляют точк5и на бумаге. При перемещении головки формируется горизонтальный ряд точек для каждой иголки. Матричные принтеры способны печатать почти на любом материале, дёшевы в обслуживании. Однако очень шумные и имеют низкую скорость и качество печати.

 

 В струйном принтере краска на бумагу переносится путём «выплёвывания» из сопел печатающей головки микроскопических капель краски. Частицы чернил из ёмкости выталкиваются при помощи пузырька газа. Образующегося внутри печатающей головки в результате резкого локального повышения температуры и давления. Струйные принтеры практически бесшумны, с лёгкостью осуществляют цветную печать. Полученные с помощью струйных принтеров распечатки обладают высоким разрешением фотографического качества.

 

  В основе работы лазерного принтера лежит процесс сухой ксерографии ( от латинского xeros – сухой и graphos – писать). В этом процессе специальный барабан намагничивается в определённых местах с помощью луча лазера или линейки светодиодов. Когда барабан проходит над ёмкостью с тонером – специальным мелким графитовым порошком, частицы тонера прилипают к намагниченным  местам барабана. После этого барабан прокатывается по листу бумаги и переносит на него частицы тонера. Впоследствии лист бумаги проходит через  специальную печку, в которой копия подвергается нагреву и порошок прижигается к бумаге.