1 Принципы работы компьютера Техническое обеспечение 2

1 Принципы работы компьютера. Техническое обеспечение.

2 Определения Компьютер (computer) – это программируемое электронное устройство для обработки числовых и символьных данных. • аналоговые компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы • цифровые компьютеры – работают с цифровыми (дискретными) данными. Hardware – аппаратное обеспечение, «железо» . Software – программное обеспечение, «софт» . 1 01001

3 Персональный компьютер Аппаратное обеспечение Система знаний Программное обеспечение

4 Персональный компьютер (ПК) ПК – это компьютер, предназначенный для личного использования (доступная цена, размеры, характеристики). 1977 Apple-II ЕС-1841 1981 IBM PC (personal computer) i. Mac (1999) Power. Mac G 4 Cube (2000)

5 Компоненты компьютера Вывод информации Обработка информации УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ПРОЦЕССОРЫ Хранение информации ПАМЯТЬ Ввод информации УСТРОЙСТВА ВВОДА Передача информации УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ

6 Компьютеры IBM PC 1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. ОЗУ 5. Карты расширения 6. Блок питания 7. Дисковод CD, DVD 8. Винчестер 9. Клавиатура 10. Мышь

7 Системный блок 1. 2. 3. 4. Системная плата Процессор Оперативная память Жесткий диск 5. 6. 7. 8. CD-ROM Дисковод Звуковая карта Видеокарта

8 Процессоры Производитель Семейство процессоров Позиция семейства Корпорация Celeron младшее INTEL Pentium 4 центральное Компания Duron младшее AMD Athlon XP+ центральное

Основные функциональные характеристики ПК Производительность современных ЭВМ измеряют обычно в миллионах операций в секунду. Разрядность микропроцессора. • Разрядность — это количество битов, которое воспринимается микропроцессором как единое целое. Чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК. 9

Тактовая частота • Скорость выполнения элементарных операций внутри микропрцессора. Измеряется в МГц (мегагерц) : 1 МГц= 1 млн. опер. /сек. Ёмкость оперативной и других видов памяти. • Ёмкость (объем) памяти — важная характеристика компьютера, она влияет на скорость работы и работоспособность программ. • Емкость оперативной памяти измеряется обычно в Мбайтах. Многие современные прикладные программы с оперативной памятью, имеющей емкость меньше 16 Мбайт, просто не работают или работают, но очень медленно. 10

11 Хранение информации ЗАГРУЗКА Внешняя память (хранилище) Внутренняя память СОХРАНЕНИЕ Процессор (работа) ОБРАБОТКА

Принцип открытой архитектуры • на материнской плате расположены только узлы, которые обрабатывают информацию (процессор и вспомогательные микросхемы, память) • схемы, управляющие другими устройствами (монитором и т. д. ) – это отдельные платы, которые вставляются в слоты расширения • схема стыковки новых устройств с компьютером общедоступна (стандарт) • конкуренция, удешевление устройств • производители могут изготавливать новые совместимые устройства • пользователь может собирать ПК «из кубиков» 12

Принцип открытой архитектуры Стандартизируются и публикуются: • принципы действия компьютера • способы подключения новых устройств Есть разъемы (слоты) для подключения устройств. • Компьютер собирается из отдельных частей как конструктор. • Много сторонних производителей дополнительных устройств. • Каждый пользователь может собрать компьютер, соответствующий его личным требованиям. 13

14 Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер. Команда – это описание операции: • код команды • операнды – исходные данные (числа) или их адреса • результат (куда записать).

15 Структура памяти • Память состоит из нумерованных ячеек. • Линейная структура (адрес ячейки – одно число). • Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая собственный адрес (4, 6, 7, 8, 12 бит). На современных компьютерах 1 байт = 8 бит. 0 1 2 3 Слово = 2 байта Двойное слово = 4 байта …

16 Архитектура компьютера Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, внешних устройств). Принстонская архитектура (фон Неймана): прямой доступ к памяти устройства ввода ОЗУ (программа и данные) процессор данные управление прямой доступ к памяти устройства вывода

Принципы фон Неймана «Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945) 1. Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. 2. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. 4. Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка. 17

18 Выполнение программы Счетчик команд (IP = Instruction Pointer) – регистр, в котором хранится адрес следующей команды. IP AB 3 D 16 по адресу AB 3 D 16 1. Команда, расположенная по этому адресу, передается в УУ. Если это не команда перехода, регистр IP увеличивается на длину команды. 2. УУ расшифровывает адреса операндов. 3. Операнды загружаются в АЛУ. 4. УУ дает команду АЛУ на выполнение операции. 5. Результат записывается по нужному адресу. 6. Шаги 1 -5 повторяются до получения команды «стоп» .

19 Архитектуры компьютеров многомашинная фон Неймана (независимые задачи) УУ УУ АЛУ АЛУ ОЗУ ОЗУ многопроцессорная (части одной задачи, по разным программам) УУ УУ АЛУ (части одной задачи, по одной программе) УУ УУ АЛУ параллельные процессоры ОЗУ АЛУ

20 Взаимосвязь блоков ПК контроллеры память процессор видеокарта сетевая карта контроллеры дисководов шины адреса, данных, управления порты клавиатура, мышь, модем, принтер, сканер Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют несколько устройств. Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора.

21 Память ПК Внутренняя 1 ОЗУ (RAМ) 2 ПЗУ (ROM) 3 КЕШ 4 CMOS 5 видеопамять Внешняя 1 НЖМД ( «винчестер» ) 2 НГМД 3 CD-ROM

Внутренняя память ПК • ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ (ПЗУ, ROM) – Энерго. НЕЗАВИСИМА – Содержит команды для запуска компьютера • ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОЗУ, RAM) – Энерго. ЗАВИСИМА – Хранит программы и данные, с которыми работает процессор • СВЕРХОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (Кэш, Cache) – Посредник между процессором и оперативной памятью 22

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему вводавывода (BIOS-Basic Input Output System) Основное назначение - проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. При отключении питания информация в ПЗУ сохраняется. 23

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство Предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационновычислительном процессе, выполняемом компьютером в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти). 24

25 Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт), каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться. ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем стирается.

26 Внешняя память ПК Внешняя память используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач.

27 Внешняя память ПК Название носителя Название привода Емкость носителя Скорость записи и чтения Жесткий диск Винчестер Hard disk (HD) Hard Disk Drive (HDD) от 20 до 120 Гб Высокая Гибкий диск Дискета Floppy Disk (FD) Floppy Disk Drive 1, 44 Мб (FDD) Низкая CD Compact Disk Компакт-диск Лазерный диск CD Drive ROM или RW 700 Мб Средняя DVD Drive ROM или RW до 4 Гб Средняя

28 Внешние устройства Обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользователями, объектами управления и другими компьютерами. Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы-порты ввода-вывода. Порты ввода-вывода бывают следующих типов: • параллельные (обозначаемые LPT 1 — LPT 4) — обычно используются для подключения принтеров; • последовательные (обозначаемые СОМ 1 — COM 4) — обычно к ним подключаются мышь, модем и другие устройства.

29 К внешним устройствам относятся: • • устройства ввода информации; устройства вывода информации; диалоговые средства пользователя; средства связи и телекоммуникации.

К устройствам ввода информации относятся • • клавиатура; графические планшеты (дигитайзеры); сканеры (читающие автоматы); устройства указания (графические манипуляторы) —джойстик, мышь, трекбол, световое перо; • сенсорные экраны. 30

31 Устройства ввода • Клавиатура – основное устройство ввода текста и команд • Манипулятор «мышь» – диалог по принципу «Укажи - нажми» • Сканер – перевод графики и текста в электронный вид

К устройствам вывода информации относятся: • графопостроители (плоттеры) — для вывода графической информации на бумажный носитель; • принтеры — печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель. Основные виды принтеров: • матричные • струйные • лазерные 32

33 Устройства вывода ВВОД ОБРАБОТКА Клавиатура Манипулятор «мышь» ВЫВОД Монитор Системный блок Принтер

34 Принтеры Тип принтера Скорость печати Разрешение (точек на дюйм) Объем печати в месяц (стр. А 4) Струйный до 10 стр. в минуту 1440 х720; 1200 х600; 2880 х720; 2400 х1200 500 -600 Лазерный 10 -20 стр. в минуту 1200 3000 -60000

К диалоговым средствам пользователя относятся: • видеотерминалы (мониторы) — устройства для отображения вводимой и выводимой информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера); • устройства речевого ввода-вывода информации. 35

36 Мониторы Плоские (на жидких кристаллах ) ОЗУ Двоичный видеокод Стандартные (на электронно-лучевой трубке) Видеокарта + монитор Изображение на экране

Средства связи и телекоммуникации Используются для подключения компьютера к каналам связи, другим компьютерам и компьютерным сетям. К этой группе прежде всего относятся сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используются модемы (модулятор -демодулятор). 37

38 Соединение устройств Разъемы Видеокарта (видеоадаптер) UPS - порт

Мультимедиа (Multi-Media) Средства мультимедиа — это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др. 39

40 Схема устройства компьютера СИСТЕМНЫЙ БЛОК КОМПЬЮТЕРА СИСТЕМНАЯ (МАТЕРИНСКАЯ) ПЛАТА ПЗУ Процессор Кэш Контроллер клавиатуры Оперативная память Контроллер дисков Шина USB контроллер Видеоадаптер (видеокарта) Монитор Контроллер портов Жесткий диск Адаптеры доп. устройств Дополнительные устройства (сканер и др. ) Клавиатура USB устройства Дисководы Устройства, подключаемые через порты (принтер, мышь, модем , джойстик и др. )

41 Разновидности программ Системные Инструментальные Прикладные

42 Типы прикладных программ Программы общего назначения Популярные профессиональные программы Специализированные программы Обучение, развлечение

43 Операционная система Прикладные и сервисные программы (Приложения) Hardware

44 Загрузка ОС ПЗУ Power Процессор Жесткий диск Оперативная память Т Е С Т

45 Сервисные программы • Проверка физического состояния диска и структуры хранимой на ней информации • Оптимизация расположения информации Профилактика и лечение компьютерных вирусов