Архітектура персонального комп'ютера

Курсова робота Архітектура персонального комп’ютера

Зміст

Вступ

1. Структура персонального комп’ютера

1.1 Основні блоки ПК та їх значення

1.2 Системний інтерфейс

1.3 Функціональні характеристики ПК

2. Мікропроцесори

2.1 Структура мікропроцесора

2.2 Послідовність роботи блоків ПК

3. Запам’ятовуючі пристрої ПК

3.1 Внутрішня пам’ять

3.2 Зовнішня пам’ять

4. Основні зовнішні та внутрішні пристрої ПК Висновок Список використаної літератури

Вступ

Комп’ютер (англ. computer — обчислювач) -це багатофункціональний електронний пристрій для накопичення, обробки і передачі інформації. Під архітектурою комп’ютера розуміється його логічна організація, структура і ресурси, тобто засоби обчислювальної системи, які можуть бути виділені для процесу обробки даних на певний проміжок часу. Основу комп’ютерів утворює апаратура (HardWare), побудована, в основному, із використанням електронних та електромеханічних елементів і пристроїв. Принцип дії комп’ютерів полягає у виконанні програм (SoftWare) — заздалегідь заданих, чітко визначених послідовностей арифметичних, логічних і інших операцій. Будь-яка комп’ютерна програма являє собою послідовність окремих команд. Команда — це опис операції, яку повинен виконати комп’ютер. Як правило, у команди є свій код (умовне позначення), вихідні дані (операнди) і результат. Результат команди виробляється по точно визначеним для даної команди правилам, закладеним в конструкцію комп’ютера. Сукупність команд, виконуваних даним комп’ютером, називається системою команд цього комп’ютера. Комп’ютери працюють з дуже високою швидкістю, що становить мільйони — сотні мільйонів операцій в секунду. Персональні комп’ютери, більш ніж будь-який інший вид ЕОМ, сприяють переходу до нових комп’ютерних інформаційних технологій, яким властиві:

— Дружній інформаційний, програмний та технічний інтерфейс з користувачем;

— Виконання інформаційних процесів в режимі діалогу з користувачем;

— Наскрізна інформаційна підтримка всіх процесів на основі інтегрованих баз даних;

— Так звана «безпаперова технологія». 1]

1. Структура персонального комп’ютера

Архітектура комп’ютера звичайно визначається сукупністю її властивостей, суттєвих для користувача. Основна увага при цьому приділяється структурі і функціональним можливостям машини, які можна розділити на основні і додаткові. Основні функції визначають призначення ЕОМ: обробка та зберігання інформації, обмін інформацією з зовнішніми об'єктами. Додаткові функції підвищують ефективність виконання основних функцій: забезпечують ефективні режими її роботи, діалог з користувачем, високу надійність. Названі функції ЕОМ реалізуються за допомогою її компонентів: апаратних і програмних засобів. Структура комп’ютера — це деяка модель, що встановлює склад, порядок і принципи взаємодії вхідних у неї компонентів. Персональний комп’ютер-це настільна або переносна ЕОМ, що задовольняє потребам загальнодоступності і універсальності застосування.

Перевагами ПК є:

— Мала вартість, що знаходиться в межах доступності для індивідуального покупця;

— Автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;

— Гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптацію до різноманітного застосування у сфері управління, науки, освіти, та в побуті;

— «Дружність» операційної системи та іншого програмного забезпечення, яка обумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;

— Висока надійність роботи. 1]

Рис. 1. Структура персонального комп’ютера

1.1 Основні блоки ПК та їх значення

1) Мікропроцесор (МП). Це центральний блок ПК, призначений для управління роботою всіх блоків машини і для виконання арифметичних і логічних операцій над інформацією.

До складу мікропроцесора входять:

— пристрій керування (ПК) — формує та подає в усі блоки машини в потрібні мо-менти часу певні сигнали керування (керуючі імпульси), формує адреси комірок пам’яті, і передає ці адреси в відповідні блоки ЕОМ;

— арифметико — логічний пристрій (АЛП)-призначений для виконання всіх арифметичних і логічних операцій над числовою і символьною інформацією (у деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП підключається додатковий математичний співпроцесор);

— мікропроцесорна пам’ять (МПП)-служить для короткочасного характеру, запису та видачі інформації, безпосередньо використовується в обчисленнях у найближчі такти роботи машини,

— інтерфейсна система мікропроцесора — реалізує сполучення і зв’язок з іншими пристроями ПК; включає в себе внутрішній інтерфейс МП, буферні запам’ятовуючі регістри і схеми управління портами вводу-виводу (ПВВ) і системною шиною.

2) Генератор тактових імпульсів. Він генерує послідовність електричних імпульсів; частота генеруючих імпульсів визначає тактову частоту машини. Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини.

3) Системна шина. Це основна інтерфейсна система комп’ютера, що забезпечує сполучення і зв’язок всіх його пристроїв між собою. Системна шина включає в себе:

— кодову шину даних (КШД), що містить провідники й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;

— кодову шину адреси (КША), що включає проведення й схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси комірки основної пам’яті або порту вводу-виводу зовнішнього пристрою;

— кодову шину інструкцій (КШІ), що містить проведення й схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;

— шину живлення, що має проведення й схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:

— Між мікропроцесором і основною пам’яттю;

— Між мікропроцесором і портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв;

— Між основною пам’яттю та портами вводу-виводу зовнішніх пристроїв (в режимі прямого доступу до пам’яті).

Управління системної шини здійснюється мікропроцесором безпосередньо або, що частіше, через додаткову мікросхему-контролер шини, формуючий основні сигнали управління.

4) Основна пам’ять (ОП). Вона призначена для зберігання та оперативного обміну інформацією з іншими блоками машини. ОП містить два види запам’ятовуючих пристроїв: постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП) і оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП).

ПЗП служить для зберігання незмінної (постійної) програмної й довідникової інформації, дозволяє оперативно тільки зчитувати збережену в ньому інформацію (змінити інформацію в ПЗП не можна). ОЗП призначений для оперативного запису, зберігання та зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно — обчислювальному процесі, виконуваному ПК у поточний період часу. Головними перевагами оперативної пам’яті є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам’яті окремо (прямий адресний доступ до комірки). Як недолік ОЗП слід відмітити неможливість збереження інформації в ній після вимикання живлення машини (енергозалежність).

5) Зовнішня пам’ять. Вона відноситься до зовнішніх пристроїв ПК і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації. Зокрема, у зовнішній пам’яті зберігається все програмне забезпечення компь’ютера. Зовнішня пам’ять містить різноманітні види запам’ятовуючих пристроїв, але найбільш поширеними є накопичувачі на жорстких (HDD) і гнучких (HD) магнітних дисках.

Призначення цих накопичувачів — зберігання великих обсягів інформації, запис і видача збереженої інформації за запитом в оперативний запам’ятовуючий пристрій. Як пристрої зовнішньої пам’яті використовуються також запам’ятовуючі пристрої на магнітній дискеті, накопичувачі на оптичних дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск з пам’яттю, яка тільки читається) та ін.

6) Джерело живлення. Це блок, який містить системи автономного та мережевого енергоживлення ПК.

7) Таймер. Це внутрішній електронний годинник, що забезпечує при необхідності автоматичне зняття поточного моменту часу (рік, місяць, години, хвилини, секунди і долі секунд). Таймер підключається до автономного джерела живлення — акумулятора і при відключенні машини від мережі продовжує працювати.

8) Контролер переривань обслуговує процедури переривання, приймає запит на переривання від зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і видає сигнал переривання в мікропроцесор. МП, одержавши цей сигнал, припиняє виконання поточної програми і переходить до виконання спеціальної програми обслуговування того переривання, яке запросило зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми.

9) Зовнішні пристрої (ЗП). Це найважливіша складова частина будь-якого обчислювального комплексу. За вартістю вони іноді становлять 50−80% всього ПК. Від складу і характеристик ЗП багато в чому залежать можливість і ефективність застосування ПК в системах управління і в народному господарстві в цілому.

ЗП ПК забезпечують взаємодію машини з навколишнім середовищем користувачами, об'єктами управління та іншими ЕОМ. ЗП дуже різноманітні і класифікуються по ряду ознак. Так, за призначенням можна виділити наступні види ЗП:

— Зовнішні запам’ятовуючі пристрої (ЗЗП) або зовнішня пам’ять ПК;

— Діалогові засоби користувача;

— Пристрої введення інформації;

— Пристрої виведення інформації;

— Засоби зв’язку і телекомунікації.

Діалогові засоби користувача включають в свій склад відеомонітори (дисплеї), рідше пультові друкарські машинки (принтери з клавіатурою) і пристрої мовного введення-виведення інформації.

Відеомонітор (дисплей) — пристрій для відображення введеної і виведеної з ПК інформації.

Пристрої мовного введення-виведення відносяться до засобів мультимедіа. Пристрої мовного введення — це різні мікрофонні акустичні системи, «звукові миші», наприклад, зі складним програмним забезпеченням, що дозволяє розпізнавати сказані людиною букви і слова, ідентифікувати їх і закодувати.

Пристрої мовного виведення — це різні синтезатори звуку, що здійснюють перетворення цифрових кодів у букви і слова, відтворювані через динаміки або звукові колонки, підключені до комп’ютера.

До пристроїв введення інформації належать:

— клавіатура — пристрій для ручного введення числової, текстової і керуючої інформації в ПК;

— графічні планшети (діджітайзер)-призначені для ручного введення графічної інформації, зображень шляхом переміщення по планшету спеціального покажчика (пера); при переміщенні пера автоматично виконуються зчитування координат його місця розташування і введення цих координат у ПК;

— сканери — використовуються для автоматичного зчитування з паперових носіїв і введення в ПК текстів, графіків, малюнків, креслень; в пристрої кодування сканера в текстовому режимі лічені символи після порівняння з еталонними контурами спеціальними програмами перетворюються в коди ASCII, а в графічному режимі лічені графіки і креслення перетворюються в послідовності двовимірних координат;

— маніпулятори (пристрої вказівки): джойстик, миша, світлове перо та ін. — призначені для введення графічної інформації на екран дисплея шляхом керування рухом курсора по екрану з подальшим кодуванням координат курсора та введенням їх у ПК;

— сенсорні екрани — призначені для введення окремих елементів зображення, програм або команд з поліекрана дисплея в ПК.

До пристроїв виведення інформації належать:

— Принтер — друкуючі пристрої для реєстрації інформації на паперовий носій;

— графобудівники (плоттери) — для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) з ПК на паперовий носій; плоттери бувають векторні з кресленням зображення за допомогою пера і растрові: термографічні, електростатичні, струминні та лазерні. За конструкцією плотери поділяються на планшетні і барабанні. Основні характеристики всіх плотерів приблизно однакові: швидкість креслення-100−1000 мм / с, у кращих моделей можливі кольорове зображення і передача півтонів; найбільша роздільна здатність і чіткість зображення у лазерних плотерів, але вони найдорожчі.

— Пристрої зв’язку і телекомунікації використовуються для зв’язку з приладами та іншими засобами автоматизації (згоджувачі інтерфейсів, адаптери, цифроаналогові і аналого-цифрові перетворювачі тощо) і для підключення ПК до каналів зв’язку, до інших ЕОМ і обчислювальних мереж (мережні інтерфейсні плати, «стики», мультиплексори передачі даних, модеми).Зокрема мережевий адаптер є зовнішнім інтерфейсом ПК і служить для подключення його до каналу зв’язку для обміну інформацією з іншими ЕОМ, для роботи у складі обчислювальної мережі. У глобальних мережах функції мережного адаптера виконує модулятор-демодулятор.

Багато з названих вище пристроїв належать до умовно виділеної групи — засобам мультимедіа.

Засоби мультимедіа — це комплекс апаратних і програмних засобів, що дозволяють людині спілкуватися з комп’ютером, використовуючи самі різноманітні, природні для себе середовища: звук, відео, графіку, тексти, анімацію та ін.До засобів мультимедіа відносяться пристрої мовного введення і виведення інформації; широко поширені вже зараз сканери (оскільки вони дозволяють автоматично вводити в комп’ютер друковані тексти і малюнки); високоякісні відеоі звукові плати, плати відеозахоплення, що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери і вводять його в ПК; високоякісні акустичні та відеовідтворюючі системи з підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. Ще з більшою підставою до засобів мультимедіа відносять зовнішні запам’ятовуючі пристрої великої ємності на оптичних дисках, часто використовувані для запису звукової та відеоінформації.Вартість компактних дисків (CD) при їх масовому тиражуванні невисока, а враховуючи їх велику ємність (650 — 700 Мбайт, а нових типів 8 Гбайт і вище), високі надійність і довговічність, вартість зберігання інформації на CD для користувача виявляється порівняно меншою, ніж на магнітних дисках. На компакт-дисках організовуються великі бази даних, цілі бібліотеки; на CD представлені словники, довідники, енциклопедії; навчальні та розвиваючі програми з загальноосвітніх та загальних предметів. CD широко використовується, наприклад, при вивченні іноземних мов, правил дорожнього руху, бухгалтерського обліку, законодавства взагалі і податкового законодавства зокрема. І все це супроводжується текстами і малюнками, мовною інформацією і мультиплікацією, музикою та відео. У чисто побутовому аспекті CD можна використовувати для зберігання аудіо-та відеозаписів, тобто використовувати замість плеєрних аудіокасет і відеокасет. Слід згадати, звичайно, і про велику кількість програм комп’ютерних ігор, що зберігаються на CD. Таким чином, CD-ROM відкриває доступ до величезних обсягів різноманітної і по функціональному призначенню, і по середовищу відтворення інформації, записаної на компакт-дисках. 1]

1.2 Системний інтерфейс

Внутрімашинний системний інтерфейс — система зв’язку і сполучення вузлів та блоків ЕОМ між собою. Являє собою сукупність електричних ліній зв’язку (проводів), схем сполучення з компонентами комп’ютера, протоколів (алгоритмів) передачі і перетворення сигналів.

Існує два варіанти організації внутрімашинного інтерфейсу.

1. Багатозв’язний інтерфейс: кожний блок ПК пов’язаний з іншими блоками своїми локальними проводами; інтерфейс застосовується, як правило, тільки в найпростіших побутових.

2.Однозв'язний інтерфейс: всі блоки ПК зв’язані один з одним через загальну або системну шину.

У переважній більшості сучасних ПК в якості системного інтерфейсу використовується системна шина. Найважливішими функціональними характеристиками системної шини є: кількість обслуговуваних нею пристроїв та її пропускна здатність, тобто максимально можлива швидкість передачі інформації. Пропускна здатність шини залежить від її розрядності (є шини 8 -, 16 -, 32 — і 64 — розрядні) і тактовою частоти, на якій шина працює.

В якості системної шини в різних ПК використовувались і можуть використовуватися:

— шини розширень — шини загального призначення, що дозволяють підключати велику кількість самих різноманітних пристроїв;

— локальні шини, що спеціалізуються на обслуговуванні невеликої кількості пристроїв певного класу. 2]

1.3 Функціональні характеристики ПК

Основними характеристиками ПК є:

1.Швидкодія, продуктивність, тактова частота. Одиницями виміру швидкодії служать:

— МІПС (MIPC-Vega Instruction Per Second) — мільйон операцій над числами з фіксованою комою (крапкою);

— МФЛОПС (MFLOPS-Mega Floating Operations Second) — мільйон операцій над числами з плаваючою комою (крапкою);

— КОПС (KOPS-Kilo Operations Per Second)-для низькопродуктивних ЕОМ — тисяча усереднених операцій над числами;

— ГФЛОПС (GFLOPS — Gigа Floating Operations Per Second)-мільярд операцій за секунду над числами з плаваючою комою (крапкою).

Оцінка продуктивності ЕОМ завжди приблизна, тому, що при цьому орієнтуються на деякі усереднені або, навпаки, на конкретні види операцій. Реально при розвязуванні різних завдань використовуються і різні набори операцій. Тому для характеристики ПК замість продуктивності звичайно вказують тактову частоту, яка більш об'єктивно визначає швидкодію машини, так як кожна операція вимагає для свого виконання певної кількості тактів. Знаючи тактову частоту, можна досить точно визначити час виконання будь-якої машинної операції.

2. Розрядність машини й кодових шин інтерфейсу.Розрядність-це максимальна кількість розрядів двійкового числа, над яким одночасно може виконуватися машинна операція, у тому числі й операція передачі інформації; чим більше розрядність, тим, більше і продуктивність ПК.

3. Типи системного і локальних інтерфейсів.Різні типи інтерфейсів забезпечують різні строки передачі інформації між вузлами машини, дозволяють підключати різну кількість зовнішніх пристроїв і різні їх види.

4. Ємність оперативної пам’яті. Ємність оперативної пам’яті вимірюється найчастіше в мегабайтах (Мбайт). 1 Мбайт = 1024 Кбайта = 1024 байт.

Багато сучасних прикладних програм при оперативній пам’яті ємністю менше 32 Мбайти просто не працюють, або працюють, але дуже повільно. Збільшення ємності основної пам’яті в два рази, крім усього іншого, дає підвищення ефективної продуктивності ЕОМ при вирішенні складних завдань приблизно в 1,7 рази.

5. Ємність накопичувача на жорстких магнітних дисках. (Вінчестера). Ємність вінчестера вимірюється звичайно в мегабайтах або гігабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайта).

6. Тип і ємність накопичувачів на гнучких магнітних дисках і лазерних компакт дисків. Зараз застосовуються накопичувачі на гнучких магнітних дисках, які використовують дискети розміром 3,5 і 5,25 дюйма (1 дюйм = 25,4 мм). Перші мають стандартну ємність 1,44 Мбайта, другі 1,2 Мбайта. Також застосовуються накопичувачі на компакт дисках у зв’язку з їх низькою вартістю і великою ємністю, розміром 650 і 700 Мb, застосовуються лазерні перезаписуючі диски CD-RW ємністю 650 — 700 Mb. Застосовують і такий тип накопичувача як DVD. Високі технології і висока вартість, але і велика ємність до 24 Gb.

7. Види і ємність Кеш-пам'яті.

Кеш-пам'ять — це буферна, недоступна для користувачів швидкодіюча пам’ять, автоматично використовується комп’ютером для прискорення операцій з інформацією, що зберігається в більш повільно діючих запам’ятовувальних пристроях. Наприклад, для прискореного ренію операцій з основною пам’яттю організується регістрова Кеш-пам'ять всередині мікропроцесора (Кеш-пам'ять першого рівня) або поза мікропроцесора на материнській платі (Кеш-пам'ять другого рівня); для прискорення операцій з дисковою пам’яттю організується Кеш-пам'ять на осередок електронної пам’яті.Наявність Кеш-пам'яті ємністю 256 Кбайт збільшує продуктивність ПК приблизно на 20%. Зустрічається ємність Кеш-пам'яті і 512 Кбайт.

8. Тип відеомонітора (дисплея) і відеоадаптера.

9. Тип принтера.

10. Наявність математичного співпроцесора. Математичний співпроцесор дозволяє в десятки разів прискорити виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою і над двійково-кодованими десятковими числами.

11. Наявне програмне забезпечення та вид операційної системи.

12. Апаратна і програмна сумісність з іншими типами ЕОМ. Апаратна і програмна сумісність з іншими типами ЕОМ означає можливість використання на комп’ютері відповідно тих самих технічних елементів і програмного забезпечення, що і на інших типах машин.

13. Можливість роботи в обчислювальній мережі.

14. Можливість роботи в багатозадачному режимі.Багатозадачний режим дозволяє виконувати обчислення одночасно по декількох програмах (багатопрограмний режим) або для декількох користувачів. Поєднання в часі роботи декількох пристроїв машини, можливе в такому режимі, дозволяє значно збільшити ефективну швидкодію ЕОМ.

15. Надійність.Надійність — це здатність системи виконувати повністю і правильно всі задані їй функції. Надійність ПК вимірюється звичайно середнім часом напрацювання на відмову.

16. Вартість.

17. Габарити і маса. 2]

2. Мікропроцесори

Центральний процесор (CPU, від англ. Central Processing Unit) — це основний робочий компонент комп’ютера, який виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою, керує обчислювальним процесом і координує роботу всіх пристроїв комп’ютера. Центральний процесор в загальному випадку містить у собі:

— Арифметико-логічний пристрій;

— Шини даних і шини адрес;

— Регістри;

— Лічильники команд;

— Кеш — дуже швидку пам’ять малого обсягу (від 8 до 512 Кбайт);

— Математичний співпроцесор чисел з плаваючою крапкою.

Сучасні процесори виконуються у вигляді мікропроцесорів. Фізично мікропроцесор являє собою інтегральну схему — тонку пластинку кристалічного кремнію прямокутної форми площею всього кілька квадратних міліметрів, на якій розміщені схеми, що реалізують всі функції процесора. Кристал-пластинка звичайно розміщується в пластмасовий або керамічний плоский корпус і з'єднується золотими проводками з металевими штирями, щоб його можна було приєднати до системної плати комп’ютера.

В обчислювальній системі може бути декілька паралельно працюючих процес-рів, такі системи називаються багатопроцесорними. Перший мікропроцесор був випущений в 1971 р. фірмою Intel (США) — МП 4004. В теперішній час випускається декілька сотень різних мікропроцесорів, але найбільш популярними і поширеними є мікропроцесори фірми Intel і AMD. 3]

2.1 Структура мікропроцесора

Рис. 2.1 Функціональна схема МП

— Пристрій керування є функціонально найбільш складним пристроєм ПК. Він виробляє керуючі сигнали, що надходять по кодових шинах інструкцій у всі блоки машини.

— Регістр команд — запам’ятовуючий регістр, в якому зберігається код команди: код виконуючої операції і адреси операндів, що беруть участь в операції. Регістр команд розташований в інтерфейсній частини МП, в блоці регістрів команд.

— Дешифратор операцій — логічний блок, що вибирає відповідно до надходжуючого з регістра команд коду операції один з безлічі наявних у нього виходів.

— Постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП) мікропрограм — зберігає у своїх осередках керуючі сигнали (імпульси), необхідні для виконання в блоках ПК операцій обробки інформації. Імпульс по обраному дешифратором операцій відповідно до коду операції зчитує з ПЗП мікропрограм необхідну послідовність керуючих сигналів.

— Вузол формування адреси (знаходиться в інтерфейсній частині МП) — пристрій, вичисляючий повну адресу комірки пам’яті (регістру) за реквізитами, що надходять з регістра команд і регістрів МПП.

— Кодові шини даних, адреси та інструкцій — частина внутрішньої шини мікропроцесора.

— Арифметикo-логічний пристрій призначений для виконання арифметичних і логічних операцій перетворення інформації. Функціонально АЛП (рис. 2) складається з двох регістрів, суматора і схем управління (місцевого пристрою керування).

Рис. 2.2 Функціональна схема АЛП Суматор — обчислювальна схема, що виконує процедуру додавання надходжуючих на її вхід двійкових кодів; суматор має розрядність подвійного машинного слова.

Регістри — швидкодіючі комірки пам’яті різної довжини: регістр 1 (Pr1) має розрядність подвійного слова, а регістр 2 (Pr2)-розрядність слова. При виконанні операції в Pr1 поміщається перше число, що бере участь в операції, а по завершенню операції - результат; в Pr2-друге число, яка бере участь в операції (по завершенню операції інформація в ньому не змінюється). Регістр 1 може приймати інформацію з кодових шин даних, і видавати інформацію з цих шин.

Схеми управління приймають по кодових шинах інструкцій керуючі сигнали від пристрою керування і перетворюють їх у сигнали для керування роботою регістрів і суматора АЛП.

АЛП виконує арифметичні операції тільки над цілими двійковими числами. Виконання операцій над двійковими числами з плаваючою комою і над двійково-кодованими десятковими числами здійснюється або із залученням математичного співпроцесора, або за спеціально складеними програмами.

Мікропроцесорна пам’ять (МПП) — пам’ять невеликої ємності, але надзвичайно високої швидкодії (час звернення до МПП, тобто час, необхідний на пошук, запис або зчитування інформації з цієї пам’яті, вимірюється наносекундами). Вона призначена для короткочасного зберігання, запису та видачі інформації, безпосередньо в найближчі такти роботи машини бере участь в обчисленнях; Мікропроцесорна пам’ять складається з швидкодіючих регістрів з розрядністю не менше машинного слова. Кількість і розрядність регістрів в різних мікропроцесорах різні.

Регістри мікропроцесора діляться на регістри загального призначення і спеціальні.

Спеціальні регістри застосовуються для зберігання різних адрес (адреси команди, наприклад), ознак результатів виконання операцій і режимів роботи ПК (флаговий регістр, наприклад) і ін.

Регістри загального призначення є універсальними і можуть використовуватися для зберігання будь-якої інформації, але деякі з них теж повинні бути обов’язково задіяні при виконанні ряду процедур.

Інтерфейсна частина МП призначена для зв’язку й узгодження МП системною шиною ПК, а також для прийому, попереднього аналізу команд виконуваної програми і формування повних адрес операндів і команд. Інтерфейсна частина включає до свого складу адресні регістри МПП, вузол формування адреси, блок регістрів команд, що є буфером команд у МП, внутрішню інтерфейсну шину МП і схеми керування шиною й портами вводу-виводу.

Порти введення-виведення — це пункти системного інтерфейсу ПК, через які МП обмінюється інформацією з іншими пристроями. Усього портів у МП може бути 65 536. Кожний порт має адресу — номер порту, який відповідає адресі комірки пам’яті, яка є частиною пристрою введення-виведення, що використовує цей порт.

Порт пристрою містить апаратуру сполучення і два регістри пам’яті - для обміну даними та обміну керуючою інформацією. Деякі зовнішні пристрої використовують і основну пам’ять для зберігання великих обсягів інформації, що підлягає обміну. Схема управління шиною і портами виконує наступні функції:

— Формування адреси порту й керуючої інформації для нього;

— Прийом керуючої інформації від порту, інформації про готовність порту і його стану;

— Організація наскрізного каналу в системному інтерфейсі для даних між портом пристрою вводу-виводу і МП.

Схема управління шиною і портами використовує для зв’язку з портами кодові шини інструкцій, адреси і даних системної шини. 4]

2.2 Послідовність роботи блоків ПК

Програма зберігається в зовнішній пам’яті ПК. При запуску програми в роботу користувач видає запит на її виконання в дискову операційну систему (DOS-Disc Operation System) комп’ютера. Запит користувача — це введення імені виконуваної програми в командний рядок на екрані дисплея. Головна програма DOS-Command.com забезпечує перезапис машинної (виконуваної) програми із зовнішньої пам’яті в ОЗП, в якій знаходиться початок (перша команда) цієї програми. Після цього автоматично починається виконання команд програми один за одним. Кожна програма вимагає для свого виконання декількох тактів роботи машини (такти визначаються періодом проходження імпульсів від генератора тактових імпульсів). У першому такті виконання будь-якої команди виробляються зчитування коду самої команди з ОЗП за адресою, встановленою в лічильнику адреси, і запис цього коду в блок регістрів команд пристрою керування. Зміст другого і наступних тактів виконання визначаеться результатами аналізу команди, записаної в блок регістрів команд, тобто залежить вже від конкретної команди. 4]

3. Запам’ятовуючі пристрої ПК

Пам’ять комп’ютера побудована із двійкових запам’ятовувальних елементів — бітів, об'єднаних в групи по 8 бітів, які називаються байтами. Всі байти пронумеровані. Номер байта називається його адресою.

Байти можуть об'єднуватися в комірки, які називаються також словами. Для кожного комп’ютера характерна певна довжина слова — два, чотири або вісім байтів. Це не виключає використання елементів пам’яті іншої довжини (наприклад, півслова, подвійне слово).

Як правило, в одному машинному слові може бути представлене або одне ціле число, або одна команда. Однак, допускаються змінні формати подання інформації.

Широко використовуються і більші похідні одиниці об'єму пам’яті: Кіло-байт, Мегабайт, Гігабайт, а також, останнім часом, Терабайт і Петабайт.

Сучасні комп’ютери мають багато різноманітних запам’ятовуючих пристроїв, які сильно відрізняються між собою за призначенням, тимчасовими характеристиками, обсягом збереженої інформації та вартістю зберігання однакового обсягу інформації.

Розрізняють два основних види пам’яті - внутрішню і зовнішню. (рис. 3.1)

Рис. 3 Структурна схема памяті ПК

3.1 Внутрішня пам’ять

персональний комп’ютер інтерфейс мікропроцесор Внутрішня пам’ять включає в себе: оперативну пам’ять, кешпам’ять, постійну пам’ять та відеопам'ять.

Оперативна пам’ять (ОЗП, англ. RAM, Random Access Memory — пам’ять з довільній доступом) — це швидкий запам’ятовуючий пристрій не дуже великого обсягу, безпосередньо пов’язаний з процесором і призначений для запису, зчитування й зберігання виконуваних програм і даних, які обробляються цими програмами. Оперативна пам’ять використовується тільки для тимчасового зберігання даних і програм, так як, коли машина вимикається, все, що знаходилося в ОЗП, зникає. Доступ до елементів оперативної пам’яті прямий — це означає, що кожен байт пам’яті має свою індивідуальну адресу.

Об'єм ОЗП зазвичай становить 32 — 512 Мбайта, а для ефективної роботи сучасного програмного забезпечення бажано мати не менше 256 Мбайт ОЗП. Зазвичай ОЗП виготовляється з інтегральних мікросхем пам’яті DRAM (Dynamic RAM — динамічне ОЗП). Мікросхеми DRAM працюють повільніше, ніж інші різновиди пам’яті, але коштують дешевше. Кожний інформаційний біт в DRAM запам’ятовується у вигляді електричного заряду маленького конденсатора, утвореного в структурі напівпровідникового кристала. Через струми витоку такі конденсатори швидко розряджаються, і їх періодично (приблизно кожні 2 мілісекунди) заряджають спеціальними пристроями. Цей процес називається регенерацією пам’яті (Refresh Memory). Сучасні мікросхеми мають ємність 1−16 Мбіт і більше.

Кеш (англ. cache), або надоперативна пам’ять — дуже швидкий ЗП невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам’яттю для компенсації різниці у швидкості обробки інформації процесором і дещо менш швидкодіючої оперативної пам’яті. Кеш-пам'яттю керує спеціальний пристрій — контролер, який, аналізуючи виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди наймовірніше знадобляться найближчим часом процесору, і підкачує їх у кеш-пам'ять. При цьому можливі як «попадання», так і «промахи». У разі попадання, тобто, якщо в кеш підкачати потрібні дані, вилучення їх з пам’яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеші відсутня, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам’яті. Співвідношення числа влучень і промахів визначає ефективність кешування. Кеш-пам'ять реалізується на мікросхемах статичної пам’яті SRAM (Static RAM), більш швидкодіючих, дорогих ніж DRAM. Сучасні мікропроцесори мають вбудовану кеш-пам'ять, так званий кеш першого рівня розміром 8−16 Кбайт. Крім того, на системній платі комп’ютера може бути встановлений кеш другого рівня ємністю від 64 Кбайт до 256 Кбайт і вище.

До пристроїв спеціальної пам’яті відносяться постійна пам’ять (ROM), перепрограмована постійна пам’ять (Flash Memory), пам’ять CMOS RAM, що живиться від батарейки, відеопам'ять і деякі інші види пам’яті.

Постійна пам’ять (ПЗП, англ. ROM, Read Only Memory — пам’ять тільки для читання) — енергонезалежна пам’ять, використовується для зберігання даних, які ніколи не вимагатимуть зміни. Зміст пам’яті спеціальним чином «зашивається» у пристрої при його виготовленні для постійного зберігання. Перепрограмована постійна пам’ять (Flash Memory) — енергонезалежна пам’ять, яка припускає багаторазовий перезапис свого вмісту з дискети.

Насамперед у постійну пам’ять записують програму керування роботою самого процесора. У ПЗП знаходяться програми керування дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам’яттю, програми запуску і зупинки комп’ютера, тестування пристроїв.

Найважливіша мікросхема постійної або Flash-пам'яті - модуль BIOS.

BIOS (Basic Input / Output System — базова система введення-виведення) — сукупність програм, призначених для: автоматичного тестування пристроїв після включення живлення комп’ютера; завантаження операційної системи в оперативну пам’ять.

Роль BIOS подвійна: з одного боку це невід'ємний елемент апаратури (Hardware), а з іншого — важливий модуль будь-якої операційної системи (Software).

Різновид постійного ЗП — CMOS RAM — це пам’ять з невисокою швидкодією й мінімальним енергоспоживанням від батарейки. Використовується для зберігання інформації про конфігурації і склад устаткування комп’ютера, а також про режими його роботи. Вміст CMOS змінюється спеціальною програмою Setup, що знаходиться в BIOS (англ. Setup — встановлювати).

Для зберігання графічної інформації використовується відеопам'ять. Відеопам'ять (VRAM) — різновид оперативного ЗП, в якому зберігаються за-кодовані зображення. Цей ЗП організовано так, що його вміст доступний відразу двом пристроям — процесору і дисплею. Тому зображення на екрані змінюється одночасно з оновленням відеоданих у пам’яті. 3]

3.2 Зовнішня пам’ять

Зовнішня пам’ять (ЗЗП) призначена для тривалого зберігання програм і даних, і цілісність її вмісту не залежить від того, включений або вимкнений комп’ютер. На відміну від оперативної пам’яті, зовнішня пам’ять не має прямого зв’язку з процесором.

До складу зовнішньої пам’яті комп’ютера входять:

— Накопичувачі на жорстких магнітних дисках;

— Накопичувачі на гнучких магнітних дисках;

— Накопичувачі на компакт-дисках;

— Накопичувачі на магніто-оптичних компакт-дисках;

— Накопичувачі на магнітній стрічці (стримери) і ін.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках.

Гнучкий диск, дискета (англ. floppy disk) — пристрій для зберігання невеликих обсягів інформації, що представляє собою гнучкий пластиковий диск у захисній оболонці. Використовується для перенесення даних з одного комп’ютера на інший і для розповсюдження програмного забезпечення.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках

Якщо гнучкі диски — це засіб перенесення даних між комп’ютерами, то жорсткий диск — інформаційний склад комп’ютера.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) або вінчестерський накопичувач — це найбільш масовий запам’ятовуючий пристрій великої ємності, в якому носіями інформації є круглі алюмінієві пластини — плотера, обидві поверхні яких покриті шаром магнітного матеріалу. Використовується для постійного зберігання інформації - програм і даних.

Вінчестерські накопичувачі мають дуже велику ємність: від сотень Мегабайт до десятків Гбайт або навіть сотні Гбайт. Вінчестерський накопичувач пов’язаний із процесором через контролер жорсткого диска.

Всі сучасні накопичувачі забезпечуються вбудованим кешем (64 Кбайт і більше), який істотно підвищує їх продуктивність.

Накопичувачі на компакт-дисках

CD-ROM складається із прозорої полімерної основи діаметром 12 см і товщиною 1,2 мм. Одна сторона покрита тонким алюмінієвим шаром, захищеним від ушкоджень шаром лаку. Двійкова інформація представляється послідовним чергуванням поглиблень (pits — ямки) і основного шару (land — земля). Ємність CD до 780 Мбайт. Інформація заноситься на диск на заводі і не може бути змінена. При малих фізичних розмірах CD-ROM мають високу інформаційну ємність, що дозволяє використовувати їх в довідкових системах і в навчальних комплексах з багатим ілюстративним матеріалом; один CD, маючи розміри приблизно дискети, з інформаційним обсягом дорівнює майже 500 таким дискетам. Зчитування інформації з CD відбувається з високою швидкістю, порівняно зі швидкістю роботи вінчестера; CD прості і зручні в роботі, практично не зношуються; CD не можуть бути уражені вірусами. На CD-ROM неможливо випадково стерти інформацію. Вартість зберігання даних низька. Є CD-RW для запису на спеціальні компакт диски CD-R від 650 — 700 Mb та CD-RW для неодноразової запису ємністю від 650 — 700 Mb. З часом на зміну CD-ROM прийшли цифрові відеодиски DVD. Ці диски мають той самий розмір, що й звичайні CD, але вміщають до 28 Гбайт даних, тобто за обсягом замінюють сім і більше стандартних дисків CD-ROM. Накопичувач на магнітооптичних компакт-дисках СD-MO (Compact Disk-Magneto Optical). Диски СD-MO можна багаторазово використовувати для запису, але вони не читаються на традиційних дисководах CD-ROM. Ємність від 128 Мбайт до 2,6 Гбайт. Записуючий накопичувач CD-R (Compact Disk Recordable) здатний, поряд з читанням звичайних компакт-дисків, записувати інформацію на спеціальні оптичні диски. Ємність 650 Мбайт.

Накопичувачі на магнітній стрічці (стримери) і накопичувачі на змінних дисках

Стример (англ. tape streamer) — пристрій для резервного копіювання великих обсягів інформації. В якості носія тут застосовуються касети з магнітною стрічкою ємністю 1 — 2 Гбайта й більше.

Стримери дозволяють записати на невелику касету з магнітною стрічкою величезну кількість інформації. Вбудовані в стример засоби апаратного стиснення дозволяють автоматично ущільнювати інформацію перед її записом і відновлювати після зчитування, що збільшує обсяг інформації, що зберігається. Недоліком стримерів є їх порівняно низька швидкість запису, пошуку і зчитування інформації. Останнім часом все ширше використовуються накопичувачі на змінних дисках, які дозволяют не тільки збільшувати обсяг збереженої інформації, а й переносити інформацію між комп’ютерами. Обсяг змінних дисків — від сотень Мбайт до декількох Гігабайт. 4]

4. Основні зовнішні пристрої ПК

Клавіатура служить для введення інформації в комп’ютер і подачі керуючих сигналів. Вона містить стандартний набір алфавітно-цифрових клавіш і деякі додаткові клавіші - функціональні, клавіші управління курсором, а також малу цифрову клавіатуру. Клавіатура містить вбудований мікроконтролер (місцевий пристрій керування), який виконує такі функції:

— Послідовно опитує клавіші, зчитуючи введений сигнал і виробляючи двійковий код клавіші;

— Керує світловими індикаторами клавіатури;

— Проводить внутрішню діагностику несправностей;

— Здійснює взаємодію з центральним процесором через порт вводу-виводу клавіатури.

Клавіатура має вбудований буфер — проміжну пам’ять малого розміру, куди містяться введені символи. У разі переповнення буфера натискання клавіші буде супроводжуватися звуковим сигналом — це означає, що символ не введений. Роботу клавіатури підтримують спеціальні програми, «зашиті» в BIOS, а також драйвер клавіатури, який забезпечує керування швидкістю роботи клавіатури і ін.

Відеосистема комп’ютера складається з трьох компонентів:

— Монітор (званий також дисплеєм);

— Відеоадаптер;

— Програмне забезпечення (драйвери відеосистеми).

Відеоадаптер посилає в монітор сигнали керування яскравістю променів і синхросигнали рядкової і кадрової розгорток. Монітор перетворює ці сигнали в зорові образи. А програмні засоби обробляють відеозображення — виконують кодування і декодування сигналів, координатні перетворення, стиск зображень та ін.

Монітор — пристрій візуального відображення інформації (у вигляді тексту, таблиць, малюнків, креслень і ін.)Переважна більшість моніторів сконструйовані на базі електронно-променевої трубки (ЕПТ), і принцип їх роботи аналогічний принципу роботи телевізора. Монітори бувають алфавітно-цифрові й графічні, монохромні й кольорового зображення. Сучасні комп’ютери комплектуються, як правило, кольоровими графічними моніторами. Поряд з традиційними моніторами все ширше використовуються плоскі рідкокристалічні (РК) монітори. По компактності такі монітори не знають собі рівних. Вони займають в 2 — 3 рази менше місця, ніж монітори з ЕПТ і в стільки ж разів легші; споживають набагато менше електроенергії і не випромінюють електромагнітних хвиль, що впливають на здоров’я людей. Різновид монітора — сенсорний екран. Тут спілкування з комп’ютером здійснюєтся шляхом дотику пальцем до певного місця чутливого екрана. Цим вибирається необхідний режим з меню, показаного на екрані монітора.

Відеоадаптер — це електронна плата, яка обробляє відеодані (текст і графіку) і керує роботою дисплея. Містить відеопам'ять, регістри вводу виводу і модуль BIOS. Найбільш поширений відеоадаптер на сьогоднішній день — адаптер SVGA (Super Video Graphics Array — супервідеографічний масив), який може відображати на екрані дисплея 1280×1024 пікселів при 256 кольорах і 1024×768 пікселів при 16 — 32 міліонах кольорів.

Аудіоадаптер (Sound Blaster або звукова плата) це спеціальна електронна плата, яка дозволяє записувати звук, відтворювати його і створювати програмними засобами з допомогою мікрофона, навушників, динаміків, вбудованого синтезатора й іншого обладнання. Аудиоадаптер містить в собі два перетворювача інформації:

— Аналого-цифровий, який перетворює безперервні (тобто, аналогові) звукові сигнали (мову, музику, шум) у цифровий двійковий код і записує його на магнітний носій;

— Цифро-аналоговий, що виконує зворотне перетворення збереженого в цифровому вигляді звуку в аналоговий сигнал, який потім відтворюється за допомогою акустичної системи, синтезатора звуку або навушників.

Модем — пристрій для передачі комп’ютерних даних на великі відстані по те-лефонним лініям зв’язку. Модем забезпечує перетворення цифрових сигналів комп’ютера в змінний струм частоти звукового діапазону — цей процес називається модуляцією, а також зворотне перетворення, що називається демодуляцією. Звідси назва пристрою: модем — модулятор/демодулятор.

Модеми бувають зовнішні, виконані у вигляді окремого пристрою, і внутрішні, що представляють собою електронну плату, встановлену всередині комп’ютера. Майже всі модеми підтримують і функції факсів.

Факс — це пристрій передачі зображення по телефонній мережі. Модем, що може передавати і отримувати дані як факс, називається факс-модемом.

Маніпулятори (миша, джойстик тощо) — це спеціальні пристрої, які використовуються для керування курсором.

Миша має вигляд невеликої коробки, повністю вміщуються на долоні. Миша зв’язана з комп’ютером кабелем через спеціальний блок — адаптер, і її рух перетворюються на відповідні переміщення курсору по екрану дисплея.

Принтери (друкуючі пристрої) — це пристрої виведення даних з ЕОМ, які перетворюють інформаційні ASCII-коди у відповідні їм графічні символи (букви, цифри, знаки тощо) та фіксують ці символи на папері.Принтери є найбільш розвиненою групою ЗП ПК, що нараховує до 1000 різних модифікацій.

Сканер — це пристрій введення в ЕОМ інформації безпосередньо з паперового документа. Можна вводити тексти, схеми, малюнки, графіки, фотографії та іншу графічну інформацію. Сканери є найважливішою ланкою електронних систем обробки документів і не необхідним елементом будь-якого «електронного столу». 5]

Висновок

Принцип дії комп’ютерів полягає у виконанні програм (SoftWare) — заздалегідь заданих, чітко визначених послідовностей арифметичних, логічних і інших операцій. Будь-яка комп’ютерна програма являє собою послідовність окремих команд. Команда — це опис операції, яку повинен виконати комп’ютер. Як правило, у команди є свій код (умовне позначення), вихідні дані (операнди) і результат. Результат команди виробляється по точно визначеним для даної команди правилам, закладеним в конструкцію комп’ютера.

Сукупність команд, виконуваних даним комп’ютером, називається системою команд цього комп’ютера. Комп’ютери працюють з дуже високою швидкістю, що становить мільйони — сотні мільйонів операцій в секунду.

В даній курсовій роботі:

1) Проведено огляд літератури;

2) Розглянуто структуру персонального комп’ютера, та його основні характеристики;

3) Також розглянуто основні переваги ПК.

Література

1. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа. — Рудометов Е., Рудометов В. — Питер, 2000.

2. Гейн А. Г., Сенокосов А. И. Информатика. — М.: Дрофа, 2008.

3. Кушниренко А. Г. и др. Информатика. — М.: Дрофа, 2010.

4. Кузнецов А. А. и др. Основы информатики. — М.: Дрофа, 2009.

5. Лебедев Г. В., Кушниренко А. Г. 12 лекций по преподаванию курса информатики. — М.: Дрофа, 2007.