Технические средства реализации информационных процессов

Технические средства

реализации  информационных процессов 

1. Архитекрура ЭВМ. Понятие о принципах работы ЭВМ. Основные устройства компьютера.
2. Процессор. Основные характеристики процессора
3. Память ПК. Виды, организация и основные характеристики.
4. Периферийные устройства ПК: виды и назначение.

 
 

    1. Архитектура ЭВМ. Понятие о принципах работы ЭВМ. Основные устройства компьютера.  

Компьютер - это универсальная электронная машина, которая состоит из согласованно работающих аппаратных и программных средств для автоматической обработки информации.

Архитектура компьютера - это  совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними.

Обычно, описывая архитектуру ЭВМ, особое внимание уделяют  тем принципам ее организации, которые  характерны для большинства машин, относящихся к описываемому семейству, а также оказывающие влияние  на возможности программирования.

Поскольку от архитектуры компьютера зависят  возможности программирования на нем, поэтому при описании архитектуры  ЭВМ уделяют внимание описанию команд и памяти.

Для работы на компьютере необходимо иметь:

1. Aппаратное обеспечение (Hardware) - это физические устройства,  которыми человек управляет с помощью программам и получает информацию от компьютера 
2. Программное обеспечение (Software), - это совокупность необходимых программ, набор инструкций, по которым работает аппаратное обеспечение, а цель каждой программы – решить какую-либо задачу пользователя.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров  положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности без вмешательства человека.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Внутренняя  память  компьютера  состоит  из  частиц – битов,  в одном бите памяти хранится один бит информации.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек одинаковой емкости, каждая из которых имеет порядковый номер – адрес. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Наименьшая адресуемая часть внутренней  памяти – 1 байт ( 8 бит )

Компьютеры, построенные на перечисленных принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т. е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам необязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не фон-неймановскими.

К настоящему время принципы фон Неймана дополнены рядом других принципов:

1. открытая архитектура, которая означает, что в основе разработки новых ЭВМ лежат общедоступные стандарты, которые унифицируют взаимодействие различных типов оборудования и отдельных технических узлов ЭВМ. Использование при разработке оборудования открытых стандартов позволяет разным производителям разрабатывать для ЭВМ новые аппаратные средства, заменяющие или дополняющие существующее оборудование;
2. модульность построения технической архитектуры состоит в том, что вся ЭВМ состоит из отдельных функционально и конструктивно законченных модулей. Соблюдение этого  принципа упрощает процедуру замены устаревших или неработоспособных узлов ЭВМ на современные или рабочие;
3. стандартизация технических устройств ЭВМ означает, что все устройства ЭВМ согласованы по своим электрическим, электромагнитным параметрам, протоколам работы, габаритам и т.д.;

 

В соответствии с  принципами фон-неймановской архитектуры  все устройства, входящие в состав компьютера, можно разделить на следующие группы:

1. Процессор – устройство управления и обработки информации - арифметической и логической,

2. Память.

3. Устройства ввода - вывода.  
 
 

 

Устройством, обрабатывающим информацию, является центральный процессор (ЦП). Он также обеспечивает согласование действий всей аппаратуры, входящей в состав компьютера. Располагается процессор в системном блоке.  

Там же расположены  запоминающие устройства (память), предназначенные для хранения информации.  

Устройства  ввода и вывода информации расположены вне системного блока. Они играют посредническую роль, обеспечивая взаимодействие человека и компьютера. Для ПК неотъемлемыми устройствами ввода являются клавиатура и мышь, за вывод отвечает монитор, отображающий на своем экране выводимую информацию

Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Материнская плата — это  самая большая  плата персонального  компьютера. На ней  располагаются магистрали, связывающие процессор, память и периферийные устройства, — так называемые шины.

Различают

• шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти,
• шину адреса, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и
• шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ.

К шинам  материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской  платы микропроцессорный набор  микросхем — так называемый чипсет.

Шины представляют собой многопроводные линии.

Системная магистраль ПК –  это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно могут подключаться несколько компонентов ПК. 

Обычно персональный компьютер состоит из трех частей:

• системный блок,
• клавиатура (для организации ввода информации в компьютер),
• монитор (для отображения текстовой и графической информации).

В системном  блоке располагаются электронные  схемы (микропроцессор, ОП, контроллеры устройств), блок питания (преобразует напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электрические схемы), НГМД (дисководы), НЖМД (винчестер). К системному блоку можно подключать дополнительные устройства ввода-вывода через специальные гнезда (разъемы) на задней стенке компьютера: принтер, мышь, сканер, графопостроитель, модем, факс- модем, звуковые колонки и т.д.

Микросхемы центрального процессора и оперативной памяти расположены на самой большой электронной плате, которую называют системной или материнской платой (motherboard). На материнской плате размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации, а схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах и вставляются в стандартные разъемы на материнской плате.

Микропроцессор  производит все вычисления и обработку информации. Контроллеры и шина осуществляют обмен информацией между ОП и внешними устройствами (ВУ). Для каждого ВУ в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Все контроллеры взаимодействуют с МП и ОП через системную магистраль по передаче данных, называемую шиной.  

    

2. Процессор

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором.

Обязательными компонентами микропроцессора являются арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико  – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки  информации. Каждый процессор имеет  определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких  операций является операция сложения двоичных чисел.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами.

Основных  шин три:

• шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти,
• шину адреса, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и
• шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ.

Основные  характеристики процессора:

1. Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Тактовая  частота процессора - число тактов процессора в секунду, а такт –  промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом, тактовая частота - количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Именно  ТЧ определяет быстродействие компьютера Тактовая частота измеряется в мегагерцах 1Мгц = 1 миллион операций в секунду. 

2. Разрядность машинного слова. Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность - это количество информации, обрабатываемое машиной за один такт. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд.  Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда). Т.е. разрядность - это максимальная длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком.

В общем  случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные  программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры. 

    

3. Память ПК. Виды, организация и основные характеристики

 

Память компьютера (Memory) - устройство для запоминания данных. В зависимости от характера использования различают внутреннюю и внешнюю память компьютера. Первая используется для временного хранения данных и программ при выполнении последних, а вторая - для долговременного хранения данных и программ. 

1. Внутрення память компьютера. Основные виды внутренней памяти.  

Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она является более быстрой, чем внешняя память, что соответствует принципу иерархии памяти, выдвинутому в проекте Принстонской машины. Следуя этому принципу, можно выделить уровни иерархии и во внутренней памяти. 

Выделяют следующие виды внутренней памяти:

1. оперативная. В нее помещаются программы для выполнения и данные для работы программы, которые используются микропроцессором в данный момент времени. Данные сохраняются в памяти только пока компьютер включен. Она обладает большим быстродействием и является энергозависимой. Обозначается RAM - Random Access Memory -память с произвольным доступом;

2. кэш-память (от англ. caсhe – тайник) – сверхбыстрая память для ускорения доступа к оперативной памяти; она служит буфером между RAM и микропроцессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций, т.к. является сверхбыстродействующей. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Эта память хранит копии наиболее часто используемых участков RAM. При обращении микропроцессора к памяти сначала ищутся данные в кэш-памяти, а затем, если остается необходимость, в оперативной памяти;

3. постоянная память - BIOS (Basic Input-Output System - базовая система ввода\вывода). В нее данные занесены при изготовлении компьютера. Обозначается ROM - Read Only Memory. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для: