Домашнее задание к пятнице (11.09) - I часть I часть

Домашнее задание к пятнице (11.09) - I часть
I часть
Структурная схема компьютера
Основным устройством ПК (персонального компьютера) является
материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства
ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой
плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с
помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии
передачи данных, адресов и управления.
Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и
основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного
запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного
запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и
постоянного хранения данных.
Подключение всех внешних устройств (Рис. 1.): клавиатуры, монитора,
внешних ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через
контроллеры, адаптеры, карты.
Рис. 1.
Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою
память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Процессор (Микропроцессор)
Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все
вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. Он является мозгом
компьютера, управляет его работой, реализует все его вычисления. В нем
происходит расшифровка и выполнение всех команд.
Микропроцессор выполнен на 1 кристалле полупроводника кремния
небольшой величины (размером с тыльную сторону карандаша). На нём
нанесены миллионы транзисторов, каждый толщиной в несколько
микрон. (1 микрон - миллионная доля метра, например толщина листа
книги 120 микрон)
Скорость его работы во многом определяет быстродействие
компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим
возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора,
созданного в 1971г. омандой во главе с талантливым изобретателем,
доктором Тедом Хоффом.
Изначально эта микросхема предназначалась
для микрокалькуляторов и ыла изготовлена по заказу японской фирмы. К
счастью для всех нас, фирма та обанкротилась. С этого момента и
началась
эпоха
персональных компьютеров. Прошло несколько
десятилетий. Ученые выявили закономерность, назвав её «законом Мура»:
ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ!
На первый взгляд процессор это просто выращенный по
специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит
в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в
совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Процессор
состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора –
«вычислителя» и сопроцессора – специального блока для операций с
«плавающей точкой» (или запятой).
Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а
также для работы с рядом графических программ.
Компоненты микропроцессора:
1.
АЛУ выполняет логические и арифметические операции.
2.
Устройство управления управляет всеми устройствами ПК.
3.
Регистры используются для хранения данных и адресов.
4.
Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку
устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода –
вывода, а также управляет шиной адреса и управления.
Основные характеристики процессора:
1.
Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно
обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство
современных процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются
и 64 - разрядные процессоры.
2.
Тактовая частота – количество циклов работы устройства за
единицу времени. Тактовая частота создается спец. устройством
генератором тактовых сигналом (ГТС) (кварцевым резонатором), который
входит в состав процессора. На каждый «тик» этого устройства
выполняется 1 или несколько операций процессора. Чем выше тактовая
частота, тем выше производительность. Частота измеряется в МГц.
Частоты процессоров современных компьютеров до 1 ГГц
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область
памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса
работы с компьютером. Эта память для временного хранения больших
объемов информации (данных, программ, файлов операционной системы) и
передачи их для обработки процессору. Из нее процессор считывает
программы и исходные данные для обработки в свои регистры, в нее
записывает полученные результаты. Информация туда попадает с (ВЗУ)
внешней памяти после загрузки операционной системы и после запуска
программ на выполнение. ОЗУ нужна для того, чтобы сгладить разницу
в скоростях процессора и медленных ВЗУ. Оперативная, значит быстрая,
то есть информация от туда может быть быстро востребована процессором.
Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров процессора,
поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ
в регистры.
После отключения ПК информация из ОЗУ стирается. Выполнена в
виде небольших модулей (плат), которые вставляются в специальные
разъемы (слоты) на системной плате.
Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ – это емкость и
время обращения к памяти.
Быстродействие памяти определяется временем, затрачиваемым на
поиск места в памяти, где хранится информация и на её
воспроизведение (или запись).
Объем - это размер памяти и измеряется в байтах. Байт - это
неделимая порция информации как слово в тексте, в 1 байте, например,
может хранится один символ.( Символ «А» с кодом 65 (=4116 ) хранится в
виде кода 01000001. А целое число 7 займёт 2 байта - 00000000
00000111)
1 байт = 8 бит. В одном бите может хранится электронные 0 или 1.
1 Кбайт = 1024 = 2 10 1 Мбайт = 2 20 1 Гбайт=2 30
Объёмы ОЗУ в современных ПК измеряется в Гбайтах.
Вообще память можно представить в виде ящика из байт, каждый из
которых имеет свой адрес в 16 -ой системе счисления . Адреса хранятся в
адресных регистрах. Для обращения к какому-либо участку (для чтения из
неё данных или для записи туда информации), указывается его адрес.
3
00000000000000000011
0011 0011
2
00000000000000000010
1010 1010
1
00000000000000000001
0111 1000
0
00000000000000000000
0001 1110
адрес
адрес в двоичном виде,
байты памяти
в десятичной длина адресного регистра
системе
20 разрядов
II часть
Кэш-память
Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной
памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие
компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются
Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.
При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в
нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти
сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые
данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается
быстродействие.
ПЗУ или BIOS (Basic Input - Output System)
ПЗУ внешне представляет собой микросхему-«сороконожку». В ПЗУ
записан «генетический код» компьютера BIOS. BIOS (Basic Input - Output
System) – базовая система ввода-вывода. Именно здесь хранятся основные
настройки компьютера. С помощью BIOS можно изменить скорость
работы процессора, параметры работы для других внутренних и
некоторых внешних устройств компьютера, она начинает загрузку. Кроме
того в ПЗУ содержатся тестирующие программы проверки устройств
компьютера при его включении. BIOS – это первый и самый важный из
мостиков, связующий между собой аппаратную и программную часть
компьютера. Поэтому для современных BIOS немало важными
особенностями является возможность её обновления, работы со стандартом
Plag&Play (включи и работай), возможность загрузки компьютера с CDROM, сети и дисководов.
Контроллеры
Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору
для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти
находились программа и данные.
В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и
т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ)
с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск,
принтер и т.д.).
Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен
информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними
устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией
между оперативной памятью и внешними устройствами называются
контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или
карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой
специализированный процессор.
Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними
устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые
вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате
Системная магистраль
Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и
разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую
систему и их взаимодействие. По шине информация (управляющие сигналы,
адреса и сами данные) передается между устройствами на платах в виде
импульсов 2-х уровней низкого и высокого ( 1 или 0). Основной
характеристикой шины является разрядность, которая влияет на скорость
работы ПК. Наиболее известные сейчас шины типа PSI, USB.
Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и
т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются
портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока.
Слоты (разъемы) расширения конфигурации ПК предназначены для
подключения дополнительных устройств к основной шине данных
компьютера. К основным платам расширения, предназначенным для
подключения к шине дополнительных устройств, относятся:
1.
Видеоадаптеры (видеокарты).
2.
Звуковые платы.
3.
Внутренние модемы.
4.
Сетевые адаптеры (для подключения к локальной сети).
5.
SCSI - адаптеры.
Внешняя память. Классификация накопителей
Для хранения программ и данных в ПК используются накопители
различных типов. Накопители - это устройства для записи и считывания
информации с различных носителей информации. Различают накопители со
сменным и встроенным носителем.
По типу носителя информации накопители разделяются на накопители
на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных
лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей
составляют дисковые накопители.
По способу записи и чтения информации на носитель дисковые
накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.
К дисковым накопителям относятся:

накопители на флоппи-дисках;

накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);

накопители на сменных жестких дисках;

накопители на магнитооптических дисках;

накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с
однократной записью;

накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R DVD-RW
DVD-ROM и др.)
Дополнительные устройства
Периферийные устройства - это устройства, которые подключаются к
контроллерам ПК и расширяют его функциональные возможности
По назначению дополнительные устройства разделяются на:

устройства ввода (трэкболлы, джойстики, световые перья,
сканеры, цифровые камеры, диджитайзеры);

устройства вывода (плоттеры или графопостроители);

устройства
хранения
(стримеры,
zip
накопители,
магнитооптические накопители, накопители HiFD и др.);

устройства обмена (модемы).
ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК.
Клавиатура – устройство, предназначенное для ввода в
компьютер информации от пользователя.
Мышь – манипулятор для ввода информации в компьютер.
Джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки
с кнопками, употребляется в компьютерных играх.
Монитор (дисплей) - устройство, предназначенное для вывода на
экран текстовой и графической информации. Мониторы имеют
стандартный размер диагонали в 14,15,17,19,20 и 21 дюйм.
Принтер – устройство, предназначенное для вывода текстовой и
графической информации на бумагу. Различают матричные, струйные и
лазерные принтеры (расположены в порядке улучшения качества и
скорости печати). Принтеры бывают цветные (струйные и лазерные) и
черно-белые (матричные и лазерные).
Сканер – устройство для ввода в компьютер текстовой и
графической информации. Сканеры бывают ручные, настольные и даже
напольные. Ручные сканеры дешевле прочих, но качество и точность
сканирования у них очень малы. Настольные планшетные сканеры
позволяют достигать намного лучшего результата, но цена таких сканеров
намного выше.
Плоттер – устройство, позволяющее выводить графическую
информацию на бумагу или другие носители. Типовые задачи для
плоттеров – выполнение различных чертежей, схем, рисунков, графиков,
карт и т.п. Современные плоттеры классифицируются по формату
использования бумаги и типу пишущего механизма.
Дигитайзер – приспособление для ввода графической информации
в компьютер, а проще – для рисования. На планшете чувствительным к
нажатию специального карандаша – стилуса. Изображение моментально
с планшета переносится на экран монитора. В комплекте с дигитайзером
поставляется 4- кнопочная «мышь». Формат планшетов – от А4 до А0.
Модем (модулятор-демодулятор)- устройство, позволяющее
компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством
телефонных линий. По своему внешнему виду и месту установки модемы
подразделяются на внутренние (internal) и внешние (external). Внутренние
модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую
непосредственно в компьютер, а внешние - автономное устройство,
подсоединяемое к одному из портов.
Видеоадаптер (видеоконтроллер, видеокарта) предназначен для
работы в графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты
является поддержка объёмной, трёхмерной графики (3D). Никогда не
помешает и дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём
телевизионного сигнала. Главной характеристикой является объём памяти.
Современные графические приложения и игры требуют от видеокарты
наличие как можно большего количества.
Жесткий диск (винчестер, HDD) – предназначен для постоянного
хранения информации, используемой при работе компьютера: операционной
системы, документов, игр и т.д. Основными характеристиками жесткого
диска являются его емкость, измеряемая в гигабайтах и терабайтах скорость
чтения данных, среднее время доступа, размер кэш-памяти. Информация
хранится на нескольких круглых пластинках с магнитным слоем, над
которыми летают магнитные записывающие головки. Дисководы вращают
диски с помощью приводов. Головки двигаются в радиальном направлении.
Винчестеры подключаются к материнской плате с помощью
специальных шлейфов-кабелей, каждый из которых рассчитан на два
устройства.
Количество информации на диске зависит как от конструктивных
особенностей диска (DD-двойная плотность, HD-высокая плотность) так
и от специальных программ форматирования, которые разбивают
поверхности дисков на концентрические дорожки и секторы. Количество
их влияет на объём.
Файлы на диске записываются порциями по
секторам. 1 порция = 1 кластеру. Кластер это
несколько смежных секторов.
Звуковая карта – устройство, необходимое для редактирования и
вывода звука, посредством звуковых колонок.
Оптические диски
Устройство однократной записи CD-R, DVD- R. Запись на эти диски
осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного
слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.
Устройство многократной записи CD-RW, DVD- RW – дисковод с
возможностью многократной записи информации.