Архитектура компьютера - это описание его организации и

Архитектура компьютера - это описание его организации и принципов работы
его устройств достаточных для пользователя.
Аппаратное обеспечение компьютера – система взаимосвязанных технических
устройств, выполняющих ввод, вывод, сохранение и обработку информации.
Устройства ввода информации
1. Клавиатура – это клавишное устройство для ввода числовой и текстовой
информации, а так же подачи управляющих сигналов, которое содержит
стандартный набор клавиш пишущей машинки и некоторые дополнительные
клавиши – управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления
курсором и малую цифровую клавиатуру.
2. Манипуляры – устройства, управляющие курсором.
2.1.Мышь
Одним из традиционных устройств ввода является
манипулятор
мышь,
в
ранних
советских
ЭВМ
фигурировавшая под названием «колобок». Это устройство
было изобретено достаточно давно – ещѐ в 1970-х гг.
2.2.Трекбол
Трекбол это как бы "мышка наоборот". Т.е. само устройство,
в отличие от мышки, всегда остается неподвижным, а
управление перемещением курсора осуществляется
вращением шарика, который находится в верхней части
трекбола. При этом, вращая шарик пальцами, вы
получаете лучший, нежели у мышки, контроль над его
вращением
и,
как
следствие,
более
точное
позиционирование курсора. Помимо шарика, трекболы
имеют, по крайней мере, две кнопки (как и любая
двухкнопочная мышь), а вот оснащение их колесиками для прокрутки,
дополнительными кнопками и т.п., зависит исключительно от производителя.
Таким образом, область применения трекболов - в основном, работа с
графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и
им подобными. Т.е. такими приложениями, в которых наиболее остро
ощущается необходимость плавного перемещения и точного позиционирования
курсора.
2.3.Тачпад
Тачпад (англ. touchpad — сенсорная площадка), сенсорная
панель — указательное устройство ввода, применяемое, чаще
всего, в ноутбуках.
2.4 Трекпойнт
Трекпойнт
(TrackPoint)
координатное
устройство, представляет собой миниатюрный
джойстик с шершавой вершиной 5-8 мм,
расположен на клавиатуре между клавишами и
управляется нажатием пальца.
2.5. Игровые манипуляторы




Игровой пульт (геймпад)
Джойстик
Руль
Руль
3.Сканеры
Сканер(scaner), устройство ввода в компьютер графических изображений
(текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей).
 Виды сканеров:
 Ручные
 Планшетные
 Барабанные
 Рулонные
4.Дигитайзер
Дигитайзер - это еще одно устройство ввода графической
информации, имеющее пока сравнительно узкое
применение для некоторых специальных целей.
Обычно дигитайзеры выполняются в виде планшета.
Поэтому такие устройства часто называют графическими
планшетами.
5.Сенсорный экран
Сенсорный экран — это основа любого сенсорного
устройства
или
оборудования.
Физически
он
представляет собой стеклянную или пластиковую
пластину, специальным образом прикрепляемую
поверх экрана монитора или встраиваемую внутрь
корпуса. На (или в) пластине находятся датчики,
которые собирают информацию с поверхности экрана.
В комплекте с сенсорным экраном поставляется специальное подключаемое к
компьютеру устройство — контроллер, который обрабатывает информацию,
принятую от датчиков, и передает ее в компьютер.
Использование сенсорного экрана позволяет обходиться без устройств ввода,
таких как мышь и клавиатура (преимущества — выше скорость управления и
надежность). Помимо этого, работа с сенсорным экраном упрощает
взаимодействие пользователя с компьютером (т.к. не требует от пользователя
специальных навыков). В некоторых случаях, благодаря своей высокой
надежности и устойчивости к жестким внешним воздействиям, сенсорный
экран является единственной альтернативой другим устройствам ввода
(например в промышленности, в медицине и т.д.). Созданы также
высокопрочные антивандальные варианты исполнения сенсорных экранов,
которые позволят применять сенсорное оборудование в
местах публичного доступа.
6.Микрофон
Микрофон – это электроакустический прибор для
преобразования звуковых колебаний в электрические.
Применяется в телефонии, радиовещании, телевидении,
системах звукоусиления и звукозаписи.
Устройства вывода информации
1. Мониторы
Виды:
 электронно-лучевые
 жидкокристаллические
Характеристики ЖК мониторов:







Диагональ:
Яркость
Контрастность
Углы обзора
Рабочее разрешение
Время отклика
Соотношение сторон
15’’, 17’’, 19’’, … 30’’
300…500 кд/м²
от 300:1 до 2000:1
160° … 178°
1280 x 1024 pix
2…20 мс
4:3, 5:4, 16:9
2. Принтер
Принтер – устройство для вывода информации на бумагу или пленку.
Виды принтеров
 матричные (красящая лента)
 струйные (чернила)
 лазерные (порошок)
 сублимационные (красящая лента)
3. Плоттер
Плоттер – устройство для печати больших изображений
Виды плоттеров:
 перьевые(графопостроители)
 струйные (широкоформатные принтеры)
 лазерные
4. Колонки, наушники – для вывода звуковой информации
Устройства сохранения информации
Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих
устройств, которые отличаются между собой по назначению, временным
характеристикам, объѐму хранимой информации и стоимости хранения
одинакового объѐма информации.
Характеристики памяти
• Объем (емкость)
• Быстродействие (время доступа)
время, необходимое для чтения и записи минимальной порции данных
• Разрядность
число бит, которые читаются или записываются за 1 операцию (8, 16, 32,
64, …)
• Доступ
 произвольный – в любой момент могут быть переданы любые
данные (ОЗУ, винчестер, flash-память)
 последовательный – данные могут передаваться только в
определенной последовательности
(магнитная лента)
Различают два вида памяти: внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя память
В состав внутренней памяти входит оперативная память, и постоянная память.
Оперативная память
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory - память с
произвольным доступом)
— это быстрое
запоминающее устройство не очень большого
объѐма, непосредственно связанное с процессором и
предназначенное для записи, считывания и
хранения выполняемых программ и данных,
обрабатываемых этими программами.
Оперативная память представляет собой множество ячеек, причѐм, каждая
имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка памяти имеет объѐм 1 байт.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и
програм, так как когда машина выключается, всѐ, что находилось в ОЗУ
пропадает.
Емкость до 8Гбайт
Постоянная память
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory - память только
для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения
данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержимое памяти
специальным образом "зашивается" в устройство при его изготовлении для
постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.
Емкость до 64Кбайт
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой
самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем,
клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки
компьютера, тестирования устройств.
Важнейшей микросхема постоянной или Flash-память — модуль BIOS.
BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) —
совокупность программы предназначенных для:


автоматического тестирования устройств после включения питания
компьютера
загрузки операционной системы в оперативную память
Внутренняя память
Основной функцией внешней памяти компьютера является способность
долговременно хранить большой объем информации (программы, документы,
аудио-и видеоклипы и т. д.). Устройство, которое обеспечивает
запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а
хранится информация на носителях (например, дискетах).
Гибкие магнитные диски (дискеты).
Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый
корпус. Такой носитель информации называется
дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий
диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная
головка дисковода устанавливается на определенную
концентрическую дорожку диска, на которую и
записывается (или считывается) информация.
Информационная ѐмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт.
Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) изза медленного вращения диска (360 об./мин).
В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует
предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так
как это может привести к размагничиванию носителя и потере
информации.
Жесткие магнитные диски.
Жесткий диск (HDD — Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым
магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в
1973 г. и имел емкость 16 Кбайт.
Жесткие магнитные диски представляют собой
несколько десятков дисков, размещенных на одной оси,
заключенных в металлический корпус и вращающихся
с высокой угловой скоростью. За счет множества
дорожек на каждой стороне дисков и большого
количества дисков информационная емкость жестких
дисков может в десятки тысяч раз превышать
информационную емкость дискет и достигать до
нескольких Тбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких
дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения
дисков (около 7200 об./мин).
В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои
энергоснабжения, программные ошибки - все это может послужить причиной
повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение
информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том,
как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить.
В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы.
Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, еобходимо
оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в
процессе работы.
Лазерные дисководы и диски.
В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о
совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения.
Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной
популярностью - Это лазерные диски и проигрыватели.
Лазерные дисководы используют оптический принцип
чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact
Disk, компакт диск) и DVD (DVD — Digital Video Disk,
цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку
(как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной
отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность
вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от
отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1.
Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от
механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.
Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть
записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может
быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно
отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.
Запись на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна.
Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых
возможны чтение-однократная запись и чтение-запись-перезапись
Информационная ѐмкость CD-дисков достигает 700 Мбайт, DVD-диски имеют
гораздо большую информационную ѐмкость (однослойный односторонний диск
- 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей
длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно.
Так же существуют двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски
(емкость 17Гбайт).
Blu-ray диски высокой плотности
Blu-ray Disc = Blue ray Disc, BD (blue ray – синий луч лазера)
BD-ROM, BD-R, BD-RE (перезаписываемые)
слоев
емкость, Гб
1
23,3 – 33
2
46,6 – 66
4
100
8
200 (в разработке)
10
320 (в разработке)
Устройства на основе flash-памяти.
Flash-память - это энергонезависимый тип памяти,
позволяющий записывать и хранить данные в
микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не
имеют в своѐм составе движущихся частей, что
обеспечивает высокую сохранность данных при их
использовании в мобильных устройствах.
Flash-память представляет собой
микросхему, помещенную в миниатюрный
корпус. Для записи или считывания
информации накопители подключаются к
компьютеру через USB-порт.
Информационная емкость карт памяти достигает 128 ГБ
Стример
Стример (streamer) – устройство
для резервного копирования данных c
винчестера на магнитную ленту.
Основными преимуществами
стримера являются большая ѐмкость
(до 8Тбайт) и невысокая стоимость
информационного носителя
(картридж), надежность и стабильность работы. К недостаткам стримера
относятся низкая скорость доступа к данным из-за последовательного доступа и
большие размеры.
Сравнение типов внешней памяти
По максимальной емкости:
дискеты
CD-диски
DVD-диски
флэш-память
Bly-ray
винчестеры
стримеры (магнитная лента)
1,44 Мб
650-700 Мб
До 17 Гб
до 64-128Гб
До 100-200Гб
до 4-8 Тб
до 8 -10 Тб
Устройство обработки информации
Процессор – устройство,
обеспечивающее преобразование
информации и управление другими
устройствами.
Характеристики процессоров
• Тактовая частота (число
тактов в секунду)
такт – время выполнения простейшей операции
ГГц = гигагерц, 1 герц = 1 такт в секунду
тактовая частота 2 ГГц  1 такт = 510-10 с
• Разрядность
число бит, которые процессор обрабатывает за 1 операцию (8, 16, 32, 64, …)
• Частота системной шины
частота обмена данными с памятью и внешними устройствами
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен
магистрально-модульный принцип.
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.
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные
шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые
представляют собой многопроводные линии). К магистрали подключаются
процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода,
вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на
машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме
электрических импульсов).
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными
устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть
переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть
отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом,
данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом
направлении.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или
откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое
устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается
по адресной шине, причем сигналы по ней передаются от процессора к
оперативной памяти.
Шина управления. По данной шине передается управляющий сигнал от
процессора к другим устройствам.
Компьютерные сети
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и различных устройств,
обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без
использования каких-либо промежуточных носителей информации.
Виды компьютерных сетей
 Локальная сеть объединяет компьютеры установленные в одном
помещении (учебный класс, офис и т.п.), в одном здании или в нескольких
близко расположенных зданиях.
 Региональная (городская) сеть – объединение компьютеров и
локальных сетей, для решения общих проблем регионального масштаба.
 Корпоративная сеть – объединение компьютеров и локальных сетей в
пределах корпорации (корпорация – объединение).
 Глобальная сеть – объединение компьютеров и локальных сетей
расположенных на удаленном расстоянии, для общего использования
мировых информационных ресурсов

Локальные сети
Локальные сети по способу взаимодействия компьютеров подразделяются на:
 одноранговые;
В одноранговой локальной сети все компьютеры равноправны. Общие
устройства могут быть подключены к любому компьютеру в сети.
• сети с выделенным сервером.
Сервер – главный компьютер, к которому подключены все остальные
компьютеры (рабочие станции (РС) или клиенты). Чтобы сеть работала,
сервер всегда должен быть включен.
Технология «клиент-сервер»
Клиент
• посылает запрос с заданием
• выводит на экран ответ, полученный
от сервера
Сервер
• принимает запросы от клиентов и ставит их в очередь
• выполняет задание
• посылает ответ с результатами
Топология сети
Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы
также можете услышать другие названия – структура
сети иликонфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие
топологии включает множество правил, которые определяют места размещения
компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего
оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и
устоялись несколько основных топологий.
Виды топологии
Схема «кольцо»
Плюсы
 размер сети до 20 км
Недостатки сети
 при выходе из строя любого компьютера или разрыве линии сеть не
работает
 низкая безопасность
 скорость передачи данных падает при увеличении размеров сети
 сложно подключать новую РС
Схема «звезда»
Плюсы
 единый центр управления, конфликты невозможны
 высокий уровень безопасности (всѐ идет через сервер)
 на каждой линии только 2 компьютера – проще и быстрее обмен данными
 обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
 все точки подключение собраны в одном месте (проще ремонт)
Недостатки сети
 если сервер вышел из строя, сеть не работает
 большой расход кабеля
 ограничение количества клиентов (8 или 16)
 размер ограничен
Схема (топология) «общая шина»
Плюсы
 простота, малый расход кабеля
 легко подключать рабочие станции
 при выходе из строя РС сеть работает
Недостатки сети






при разрыве шины сеть выходит из строя
средний уровень безопасности
один канал связи, передача по очереди
возможны конфликты (одновременная передача данных)
сложно искать неисправности (непонятно, кто "завесил" сеть)
длина шины ограничена (происходит затухание сигнала)
Каналы связи:
•
•
•
•
•
Телефонные линии;
Коаксиальный кабель;
Оптоволоконные линии;
Радиосвязь;
Спутниковая связь и др.
Характеристики каналов связи:
• Пропускная способность (скорость передачи данных), измеряется
количеством бит информации, переданной по сети в секунду;
• Надежность – способность передавать информацию без искажений и
потерь;
• Стоимость;
• Возможность расширения (подключения новых компьютеров и
устройств).
Аппаратура для построения сетей
1. Для организации сети необходимо установить в
каждый ПК сетевую плату и соединить все
компьютеры с помощью специального кабеля.
2. роутер (маршрутизатор) - это сетевое устройство,
которое соединяет различные компьютерные сети и
управляет обменом данными между ними. Если вам
необходимо подключить несколько домашних
компьютеров, ноутбуков, нетбуков или даже смартфонов к
одному интернет подключению вам придѐтся построить
домашнюю локальную сеть и установить роутер.
3. Хабы (концентраторы) – дублируют полученные
данные на все порты.
4. Свитчи (коммутирующие хабы, коммутаторы) – передают полученные
данные только адресату.
Оглавление
Устройства ввода информации ......................................................................................................................................... 1
Устройства вывода информации ...................................................................................................................................... 3
Устройства сохранения информации ............................................................................................................................... 4
Устройство обработки информации ................................................................................................................................. 9
Магистрально-модульный принцип построения компьютера ....................................................................................10
Компьютерные сети .........................................................................................................................................................11
Топология сети ..................................................................................................................................................................12
Аппаратура для построения сетей ..................................................................................................................................14