Архитектура ПК

Введение

     Создание  персонального компьютера (ПК) можно  отнести к одному из самых значительных изобретений XX века. ПК существенно изменил роль и значение вычислительной техники в жизни человека.

     Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное  устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Определение  «персональный» возникло потому, что  человек получил возможность общаться с ПК самостоятельно (персонально) без посредничества профессионала- программиста.

Персональные  компьютеры используются сейчас повсеместно. Их основное назначение- выполнение рутинной работы: поиск информации, составление  типовых форм документации, фиксация результатов исследования, подготовка текстов разного и пр.

     Общедоступность и универсальность персонального  компьютера обеспечивается за счет наличия  следующих характеристик:

·«дружественность»  интерфейса взаимодействия человека с  компьютером, что позволяет работать на нем без специальной подготовки в компьютерной области;

·небольшие  габариты и отсутствие специальных  требований к условиям окружающей среды;

·открытость архитектуры;

·большое  количество программных средств;

·совместимость  новых  версий и моделей;

·высокая  надежность работы.

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

1. Теоретическая часть 

1.1. Структура и архитектура ПК

     В основу построения большинства ПК 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).

ПК, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана)[8].

     Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов. (Рис. 1.)

     Рис. 1.  Структурная схема ПК

    Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

     Основные функции определяют назначение ПК: 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 ПК реализуются с помощью ее компонентов: 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.

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

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

    Достоинствами ПК являются:

    - малая стоимость, находящаяся  в пределах доступности для  индивидуального покупателя;

    -  автономность эксплуатации без  специальных требований к условиям  окружающей среды;

    - гибкость архитектуры, обеспечивающая  ее адаптивность к разнообразным  применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

    -  "дружественность" операционной  системы и прочего программного  обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

    -   высокая надежность работы[4].

1.2. 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, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор. 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[2].

Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. 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.

    Системная шина - основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
• кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
• кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
• шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

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).

    Не  блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные  разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шины осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему- контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

    Основная память (ОП). Она 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 . Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке) . В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость)[1].

    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 ПК. 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[1].

     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.