Структура современных персональных компьютеров

    Коммуникационные  порты обеспечивают подключение  таких внешних устройств, как  мышь, принтер, сканер, внешний модем  и др. Эти порты подразделяются на последовательные (COM1, COM2, СОМ3, СОМ4) и параллельные (LPT1, LPT2, LPT3). Последовательные порты обеспечивают двусторонний побайтовый обмен последовательными кодами, они обычно используются для подключения мыши и модема.

    Параллельные  порты могут реализовать либо однонаправленную побайтовую передачу параллельных кодов, либо двунаправленную. Параллельный порт имеет более высокую  скорость передачи информации, чем  последовательные порты, и используется для подключения принтера.

    Широкое распространение получил порт USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Он обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу  нескольких периферийных устройств (сканера, цифровых камер и т.п.). 

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

    Видеомонитор (дисплей или просто монитор) - устройство отображения текстовой и графической информации. По типу экрана мониторы разделяются на: ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (устаревший вариант) и ЖК — жидкокристаллические мониторы. Также с ПК могут использоваться плазменные мониторы на основе плазменной панели. 

    Устройства  речевого ввода-вывода относятся к  быстроразвивающимся 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  преобразование цифровых кодов в  буквы и слова, воспроизводимые  через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру. 

            К устройствам ввода информации относятся:

• Клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; Клавиатура – один из важнейших элементов связи человека с компьютером. Клавиатура является основным устройством ввода информации в персональный компьютер. Кроме того, через нее производится управление работой компьютера во время выполнения программы.
• Графические планшеты  - для ручного ввода графической информации, контурных изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК.
• Сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей. Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком) и ручные (ими надо проводить над нужными картинками или текстом), черно-белые и цветные (воспринимающие цвета).
• 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. Трекбол – манипулятор в форме шара на подставке. используется для замены мыши, особенно часто в портативных компьютерах.

Самый популярный манипулятор, один из основных устройств управления – мышь –  манипулятор, для работы в графической  среде операционной системы. Подразделяют на шариковые, оптические и лазерные. Существуют два основных варианта конструкции  мыши: механический и оптический. Механическое устройство использует свободно вращающийся  шарик, который располагается на "дне" мыши. Оптическую мышь двигают  по специальной отражающей панели. Луч света, испускаемой мышью, отражается от равномерно нанесенных на панель штрихов. При этом сенсор, расположенный внутри мыши определяет пройденное расстояние и направление перемещения и  посылает эту информацию компьютеру.

• 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. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и так далее).
• Графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель (на бумаге размером до А0 или кальке). Для обслуживания плоттеров используется специальное программное обеспечение.

 

    Устройства  связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и  другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые 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).

    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 (модем). 

    Модем – устройство для обмена информацией  с другими компьютерами через  телефонную сеть. По конструктивному  исполнению модемы бывают встроенными (вставляемыми в системный блок ПК) или внешними (подключаемыми через  коммуникационный порт). Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью  передачи данных (1200, 2400, 9600 бод и  так далее, 1 бод = бит в секунду), а также тем, поддерживают ли они  средства исправления ошибок. Для  устойчивой работы на отечественных  телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.

    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. 
 

    Логическое  устройство компьютеров 

    Основу  компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических  элементов и устройств. Принцип  действия компьютеров состоит в  выполнении программ (SoftWare) — заранее  заданных, четко определённых последовательностей  арифметических, логических и других операций.

    Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных  команд.

    Команда — это описание операции, которую  должен выполнить компьютер. Как  правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.

    Результат команды вырабатывается по точно  определенным для данной команды  правилам, заложенным в конструкцию  компьютера. Совокупность команд, выполняемых  данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.

    Разнообразие  современных компьютеров очень  велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих  выделить в любом компьютере главные устройства (память, процессор, устройства ввода-вывода), описанные выше. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.

    В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

    сумматор  — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

    счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной  выполняемой команды; служит для  автоматической выборки программы  из последовательных ячеек памяти;

    регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый  для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов  адресов операндов.

    Логический  элемент компьютера — это часть  электронной логичеcкой схемы, которая  реализует элементарную логическую функцию.

    Логическими элементами компьютеров являются электронные  схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие, а также триггер.

    С помощью этих схем можно реализовать  любую логическую функцию, описывающую  работу устройств компьютера.  

    В основу построения подавляющего большинства  компьютеров положены следующие  общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон  Нейманом. Классическую обобщенную структурную схему компьютера составляют следующие принципы:

    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).  
 
 
 
 
 
 

        Заключение 

Процессор 

В данной работе была раскрыта структурная  схема персонального компьютера. Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Структура ПК является одним из определяющих факторов его характеристики. Представить упрощенную структурную схему ПК можно в виде схемы:

Арифметико-логическое устройство 

Процессорная

память

Устройство управления и интерфейс

 
 

Оперативная память

Каналы связи

Внешние устройства 

Внешняя память

Устройства ввода-вывода

 
 

     В работе перечислены и охарактеризованы устройства центральной и периферийной части компьютера, проанализировано его логическое устройство: центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Описаны основные компоненты ЭВМ: микропроцессор, внешняя и внутренняя память, контроллеры, системная шина, устройства ввода и вывода информации и другие. А также описаны состав центрального процессора и его основные  характеристики, такие как быстродействие, тактовая частота и разрядность. Микропроцессор (МП) - это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины  для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Разобраны основные виды памяти и их основные характеристики.

    Проанализированы принципы построения компьютера, такие как модульность, магистральность, микропрограммируемость. В результате этого можно сделать вывод, что архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (системную магистраль). В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией называют фактический набор компонентов компьютера, которые входят в его состав. Принцип открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие.

    Современный ПК одновременно и прост, и сложен. Он стал проще, так как за минувшие годы многие компоненты, используемые для сборки системы, были интегрированы  с другими компонентами и поэтому  общее количество элементов уменьшилось. Он стал сложнее, так как каждая часть  современной системы выполнят намного  больше функций, чем в более старых компьютерах.