Устройства современного персонального компьютера, их функции и взаимосвязь

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение   3

1. Современный персональный компьютер  5

2. Устройства современного персонального компьютера, их функции и взаимосвязь  10

Заключение  22

Список использованной литературы  23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     С давних времен люди пытались облегчить свой труд, создавая различные машины и механизмы, усиливающие физические возможности человека.

     В XV веке знаменитый Леонардо да Винчи, изучая строение птиц, создал летательный аппарат на этой основе. Русский ученый Н.Е.Жуковский (основоположник аэродинамики), исследуя механизм полета птиц, сконструировал самолет

     Первое  автоматическое вычислительное устройство разработал в 1832 году Чарльз Бэббидж

     Первая  Электронно-Вычислительная Машина (ЭВМ) - "ENIAC" (Electronic Numerical Integrator and Computer), была создана США в 1946 году. Её характеристики: 18900 электронных ламп, 5 тыс. операций сложения в секунду, разрядность 30бит, ОП - 600бит

     Первая  ЭВМ в СССР - МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) была создана С.А.Лебедевпоя в 1951 году: 6000 электронных ламп, 5 тыс. операций сложения в секунду, разрядность 16 бит, ОП - 1800бит

     Первый  персональный компьютер (ПК) в 1976 году выпустила фирма Apple; в СССР персональные компьютеры появились в 1985 году.

     Различают два основных класса компьютеров:

1) цифровые  компьютеры (компьютеры), обрабатывающие  данные в виде числовых двоичных  кодов; 

2) аналоговые  компьютеры, обрабатывающие непрерывно  меняющиеся физические величины, которые являются аналогами вычисляемых  величин.

     По  своему назначению компьютер – универсальное техническое устройство для работы с информацией. По принципам устройства компьютер – модель человека, работающего с информацией.

     Компьютер - это программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами (т.е. компьютер - это комплекс программно-управляемых  электронный устройств).

     Архитектура ЭВМ – описание устройств и принципов работы компьютеры, достаточное для пользователя и программиста (т.е без подробностей технического характера, а именно электронных схем, конструктивных деталей и др.).

     Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера.  

     Архитектура включает:

1) Описание пользовательских возможностей программирования;

2) Описание  системы команд и системы адресации; 

3) Организацию  памяти и т.д.

     Схему устройства компьютера предложил Джон фон Нейман в 1946 году, её принципы работы во многом сохранились  в современных компьютерах.

     Принципы  Джон фон Неймана:

1) принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности);

2) принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти);

3) принцип адресности (ОП состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка)

     Персональный  компьютер (ПК) – универсальная ЭВМ, предназначенная для индивидуального пользования. Обычно ПК проектируется на основе принципа открытой архитектуры: описание принципа действия ПК и его конфигурации, что позволяет собирать ПК из отдельных узлов и деталей; наличие в ПК внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять различные устройства, удовлетворяющие заданному стандарт.

     За  последние несколько лет компьютер  становится всё в большей степени неотъемлемой частью почти каждого человека. Использование ПК не только существенно облегчает интелектуальный труд и помогает решать сложнейшие задачи всех уровней жизнедеятельности человека, но и способствует развитию информационных технологий науки и техники, коренным образом изменяя наше сознание.

         В век компьютеров, глобальных  сетей и телекомуникаций каждый  человек, столкнувшись с этим миром, постепенно, с большим трудом, методом проб и ошибок становится квалифицированным пользователем, применяя накопленные знания в решении каждодневных больших и малых вопросов и проблем. 
 
 
 
 
 
 

1. СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР

     По  своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

     Персональный  компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

     Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

     Совокупность  аппаратных средств компьютера называют его аппаратной конфигурацией.

     Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном  состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых - сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.

     Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.

     Совокупность  программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.

     Любой компьютер (даже самый большой) состоит из четырех частей:

- устройства ввода информации

- устройства обработки информации

- устройства хранения

- устройства вывода информации. 

Рис. 1. Устройство современного персонального компьютера   

     Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с  книгу или же каждая часть может  состоять из нескольких достаточно громоздких устройств

     Базовой аппаратной конфигурацией персонального  компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется. 

     Чаще  всего персональный компьютер состоит  из следующих устройств:

- Системный блок;

- Монитор;

- Клавиатура;

- Мышь.

     Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер...

     Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.

     Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

     Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.

     Мышь — устройство «графического» управления.

     По  назначению выделяют следующие виды компьютеров:

     а) универсальные – предназначены для решения различных задач, типы которых не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются:

     • разнообразием форм обрабатываемых данных (числовых, символьных и т. д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления;

     • большой емкостью внутренней памяти;

     • развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода.

     б) проблемно-ориентированные – служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств.

     в) специализированные – применяются для решения очень узкого круга задач. Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.

     По  размерам и функциональным возможностям различают четыре вида компьютеров: суперЭВМ, большие, малые и микроЭВМ.

     СуперЭВМ  являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.

     Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mainframe) характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи). Основное направление – решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами.

     Малые ЭВМ используются как управляющие  компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для  вычислений в многопользовательских  системах, в системах автоматизации  проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

     По  назначению микроЭВМ могут быть универсальными и специализированными. По числу  пользователей, одновременно работающих за компьютером – много– и однопользовательские. Специализированные многопользовательские микроЭВМ (серверы – от англ. server) являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные однопользовательские (рабочие станции – workstation, англ.) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры – ПК. Наиболее популярным представителем ПК в нашей стране является компьютер класса IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).

     По  конструктивным особенностям ПК делятся  на стационарные (настольные – тип DeskTop) и переносные.

Рис. 2. Классификация персональных компьютеров по конструктивным особенностям  

     Переносные  компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, ученым, журналистам, которым приходится работать вне офиса – дома, на презентациях или во время командировок.

     Notebook (блокнот, записная книжка) по  размерам ближе к книге крупного  формата. Имеет вес около 3 кг. Помещается в портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.

     Многие современные ноутбуки включают в себя взаимозаменяемые блоки со стандартными разъемами. Такие модули предназначены для очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съемный винчестер. Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.

     Palmtop (наладонник) – самые маленькие современные персональные компьютеры. Умещаются на ладони. Магнитные диски в них заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках – обмен информацией с обычными компьютерами идет по линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. УСТРОЙСТВА  СОВРЕМЕННОГО ПЕРСОНАЛЬНОГО  КОМПЬЮТЕРА, ИХ ФУНКЦИИ  И ВЗАИМОСВЯЗЬ

     Составные части, из которых состоит компьютер, называют модулями. Среди всех модулей выделяют основные модули, без которых работа компьютера невозможна, и остальные модули, которые используются для решения различных задач: ввода и вывода графической информации, подключения к компьютерной сети и т.д.

     Персональные  компьютеры обычно состоят из следующих  основных модулей:

     В системном блоке находятся все  основные узлы компьютера:

- материнская плата;

- электронные схемы (процессор, контроллеры устройств и т.д.);

- блок питания;

- дисководы (накопители).

Материнская плата

     Материнская (системная, главная) плата является центральной частью любого компьютера. На материнской плате размещаются в общем случае центральный процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память, кэш-память, элемент ROM-BIOS, аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и слоты для подключения других устройств.

     Общая производительность материнской платы  определяется не только тактовой частотой, но и количеством данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

     По  функциональному назначению шины делятся  на:

- шину данных;

- адресную шину;

- шину управления.

     По  шине данных происходит обмен данными между центральным процессором, картами расширения и памятью.

     По  адресной шине происходит адресация ячеек памяти, в которые производится запись данных.

     По  шине управления или системной шине происходит передача управляющих сигналов между центральным процессором и периферией. На материнской плате системная шина заканчивается слотами для установки других устройств.

     В настоящее время существует несколько  стандартов шин: ISA, MCA, EISA, VESA, PCI, USB. Архитектура  материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность.

     Порт - многоразрядный вход или выход в устройстве.

Процессор

     В общем случае под процессором  понимают устройство, производящее набор  операций над данными, представленными  в цифровой форме. Применительно  к вычислительной технике под  процессором понимают центральное процессорное устройство, обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды, а также передавать и принимать информацию от других устройств.

     Производство  современных персональных компьютеров  начались тогда, когда процессор  был выполнен в виде отдельной микросхемы.

     Функции процессора:

1.обработка  данных по заданной программе  - функция АЛУ;

2.программное  управление работой устройств  ЭВМ - функция УУ (устройства управления).

     В состав процессора входят также регистры - ряд специальных запоминающих ячеек.

     Регистры  выполняют две функции:

- кратковременное хранение числа или команды;

- выполнение над ними некоторых операций.

     Производительность CPU характеризуется следующими основными  параметрами:

1. тактовой  частотой;

2. степенью  интеграции;

3. внутренней  и внешней разрядностью обрабатываемых  данных;

4. памятью,  к которой может адресоваться CPU.

     Тактовая  частота указывает, сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за одну секунд. Тактовая частота определяет быстродействие процессора.

     Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов может поместиться на единице площади. Для процессора Pentium Intel эта величина составляет приблизительно 3 млн. на 3,5 кв.см, у Pentium Pro - 5 млн.

     Внутренняя  разрядность процессора определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций. Внешняя разрядность процессора определяет, сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства.

     Для процессора различают внутреннюю тактовую частоту процессора и внешнюю. Количество адресов ОЗУ, доступное процессору, определяется разрядностью адресной шины.

Память

     Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти. Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ.

     ОЗУ работает синхронно с центральным  процессором и имеет малое  время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе.

     Функции памяти:

- приём информации от других устройств;

- запоминание информации;

- передача информации по запросу в другие устройства машины.

     Память  делят на:

1. основную:

     ОЗУ (оперативно запоминающее устройство);

     ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);

2. внешнюю.

     Носители  внешней памяти: жесткие и гибкие магнитные диски, а также лазерные диски (CD). Прежде, чем использовать, диски форматируют на дорожки  и секторы.

     К функциям периферийных устройств относятся  ввод и вывод информации.

     Каждое  устройство имеет набор характеристик, которые позволяют подобрать  такую конфигурацию устройств, которая  наилучшим образом подходит для  решения определенного круга  задач с помощью компьютера.

     По  способу реализации оперативная  память делится на динамическую и  статическую.

     Оперативная память бывает: SIMM и DIMM.

Кэш-память.

     Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных  устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

     С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

Назначение  и группы периферийных устройств.

     Основное  назначение ПУ - обеспечить поступление  в ПК из окружающей среды программ и данных для обработки, а также  выдачу результатов работы ПК в виде, пригодном для восприятия человека или для передачи на другую ЭВМ, или в иной, необходимой форме. ПУ в немалой степени определяют возможности применения ПК.

     Периферийные  устройства можно разделить на несколько  групп по функциональному назначению:

     1. Устройства ввода-вывода - предназначены для ввода информации в ПК, вывода в необходимом для оператора формате или обмена информацией с другими ПК. К такому типу ПУ можно отнести внешние накопители, модемы.

     2. Устройства вывода - предназначены для вывода информации в необходимом для оператора формате. К этому типу периферийных устройств относятся: принтер, монитор, аудиосистема.

     3. Устройства ввода - Устройствами ввода являются устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. К такому виду периферийных устройств относятся: клавиатура, сканер, графический планшет и т.д.

     4. Дополнительные ПУ - такие как манипулятор «мышь», который лишь обеспечивает удобное управление графическим интерфейсом операционных систем ПК и не несет ярковыраженных функций ввода либо вывода информации; WEB-камеры, способствующие передаче видео и аудио информации в сети Internet, либо между другими ПК. Последние, правда, можно отнести и к устройствам ввода, благодаря возможности сохранения фото, видео и аудио информации на магнитных или магнитооптических носителях.

     Каждые  из перечисленных групп устройств  выполняют определенные функции ограниченные их возможностями и назначением.

Периферийные  устройства ввода-вывода информации.

     Периферийные  устройства ввода-вывода бывают нескольких видов в зависимости от назначения.

1) Винчестер

     Винчестеры  или накопители на жестких дисках - это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения. По сравнению с дисководами винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше, время доступа у винчестера на порядок меньше. Единственный недостаток: они не предназначены для обмена информацией.

     Физические  размеры винчестеров стандартизированы  параметром, который называют форм-фактором.

     Винчестер состоит из не скольких жестких дисков, с нанесенным на поверхность магнитным  слоем и расположенных друг под  другом. Каждому диску соответствует  пара головок записи/чтения. При  включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру, таким образом, экономится время на его разгон.