Лекция 2 Аппаратное обеспечение ПК (Hardware) 08. 02. 2013 г.
Персональный компьютер стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. Это основная техническая база информационной технологии. Возможности ПК определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних блоков на другие в настоящее время не представляет собой проблемы, и при необходимости можно достаточно быстро произвести модернизацию ПК. 2
Первая счетная машина с хранимой программой была построена французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания. Впервые машину, работающую по программе, разработал в 1834 г. английский ученый Чарльз Бэббидж. Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Команды считывались с перфокарты и выполняли считывание данных из памяти в вычислительное устройство и запись в память результатов вычислений. Все устройства машины Бэббиджа, включая память, были механическими и содержали тысячи шестеренок, при изготовлении которых требовалось точность, недоступная в XIX в. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому впервые для написания таких программ потребовался программист. Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Ada. 3
Поколения цифровых устройств обработки информации В ХХ в. начала развиваться электроника и ее возможности немедленно взяли на вооружение разработчики вычислительных машин. С построения вычислительных машин, базовая система элементов которых была построена на электронных компонентах, начинается отсчет поколений цифровых вычислительных машин. Отметим, что деление периода развития цифровой техники на этапы связано, в основном, с переводом базовой системы элементов на новые технологии производства электронных компонентов: Первое поколение - электронные лампы (1945 -1955 гг. ) Второе поколение - транзисторы (1955 -1965 гг. ) Третье поколение - интегральные схемы (1965 -1980 гг. ) Четвертое поколение - большие интегральные схемы (с 1980 гг. ) 4
Функциональная организация персонального компьютера: 1. 1 Центральный процессор (ЦП) – функционально – законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное на одной или нескольких СБИС. Наиболее сложным функциональным устройством процессора является устройство управления выполнением команд. Оно содержит: • буфер обмена, который хранит одну или несколько очередных команд программы; читает следующие команды из запоминающего устройства, пока выполняется очередная команда, уменьшая время ее выборки из памяти; • дешифратор команд расшифровывает код операции очередной команды и преобразует его в адрес начала микропрограммы, которая реализует исполнение команды; • управление выборкой очередной микрокоманды представляет собой небольшой процессор, работающий по принципу Джон Фон Неймана, имеет свой счетчик микрокоманд, который автоматически выбирает очередную микрокоманду из ПЗУ микрокоманд; • постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микрокоманд – запоминающее устройство, в которое информация записывается однократно и затем может только считываться; отличительной особенностью ПЗУ является то, что записанная в него информация сохраняется сколь угодно долго и не требует постоянного питающего напряжения. Выборка очередной микрокоманды осуществляется через определенный интервал времени, который, в свою очередь, зависит от времени выполнения предыдущей микрокоманды. Частота, с которой осуществляется выборка микрокоманд, называется тактовой частотой процессора. Тактовая частота является важной характеристикой процессора, так как определяет скорость выполнения процессором команд, и, в конечном итоге, быстродействие процессора. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информаций. Регистры общего назначения (РОН) используются для временного хранения операндов исполняемой команды и результатов вычислений, а также хранят адреса ячеек памяти или портов ввода и вывода для команд, обращающихся к памяти и внешним устройствам. 5
1. 2 Оперативное запоминающее устройство Другим важным функциональным узлом компьютера является запоминающее устройство, или память. Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу. Ячейка памяти имеет стандартное число двоичных разрядов. Информация в ОЗУ сохраняется все время, пока на схемы памяти подается питание, т. е. она является энергозависимой. Существует два вида ОЗУ, отличающиеся техническими характеристиками: динамическое ОЗУ и статическое ОЗУ. Для уменьшения влияния времени обращения процессора к ОЗУ и увеличения производительности компьютера дополнительно устанавливается сверхбыстродействующая буферная память, выполненная на микросхемах статической памяти. Эта память называется кэш-памятью. Управление записью и считыванием данных в кэш – память выполняется автоматически. Когда кэш-память полностью заполняется, то для записи последующих данных устройство управления кэш-памяти по специальному алгоритму автоматически удаляет те данные, которые реже всего использовались процессором на текущий момент. В одном адресном пространстве с ОЗУ находится специальная память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами. Она является энергонезависимой, т. е. сохраняет записанную информацию при отсутствии напряжения питания. Такая память называется постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу записи в них информации на следующие категории: - ПЗУ, программируемые однократно. Программируются при изготовлении и не позволяют изменять записанную в них информацию. - Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). Позволяют перепрограммировать их многократно. 6
1. 3 Внутренние шины передачи информации Общая шина, наряду с центральным процессором и запоминающим устройством, во многом определяет производительность работы компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной – числом параллельных проводников для передачи информации. Другим важным параметром шины является тактовая частота шины – это частота, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации. Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта вводавывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может напрямую адресовать. Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом определяет информационную пропускную способность общей шины. Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины. Ее ширина зависит от типа шины и определяется алгоритмом ее работы или, как говорят, протоколом работы шины. Несмотря на то, что производители компьютеров постоянно предлагают новые варианты протоколов работы общих шин, которые обеспечивают более высокую производительность операций обмена информацией, ее пропускная способность оказывается недостаточной для обеспечения данными таких высокопроизводительных функциональных узлов, как центральный процессор, и некоторых внешних устройств, таких, например как видеоподсистема с высоким качеством отображения. Поэтому разработчики предлагают включать в состав компьютера дополнительные шины, связывающих напрямую центральный процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства. Такие шины получили название локальных шин. 7
1. 4 Внешние запоминающие устройства В отличие от оперативного запоминающего устройства, внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают большим объемом сохраняемой информации и являются энергонезависимым. Наибольшее распространение в настоящее время получили дисковые ВЗУ, которые, в зависимости от типа носителя, можно разделить на магнитные, оптические и смешанные. 1. 5 Флэш-память Первые промышленные образцы флэш-памяти появились в 1994 г. Флэш-память представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с неограниченным числом циклов перезаписи. В ППЗУ флэш-памяти использован новый принцип записи и считывания, отличный от того который используется в известных схемах ППЗУ. Кристалл схемы флэш-памяти состоит из трех слоев. Средний слой, имеющий толщину порядка 1, 5 нм, изготовлен из ферроэлектрического материала. Две крайние пластины представляют собой матрицу проводников для подачи напряжения на средний слой. 8
2 Внешние устройства (периферийные) персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса. 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: ü параллельные (обозначаемые LPT 1 - LPT 4) - обычно используются для подключения принтеров; ü последовательные (обозначаемые СОМ 1 - COM 4) - обычно к ним подключаются мышь, модем и другие устройства. К внешним устройствам относятся: üустройства ввода информации; üустройства вывода информации; üдиалоговые средства пользователя; üсредства связи и телекоммуникации. 9
Структура ПК 1) материнская плата (Motherboard), называемая ещё главной (Mainboard) или системной платой; 2) CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор; FPU (Floating Point Processing Unit) — сопроцессор; 3) винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (Hard Disk Drive); 4) дисковод — для гибких магнитных дисков, FDD (Floppy Disk Drive); 10
Структура ПК 5) RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); 6) ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 7) графический контроллер — устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор — процессор, ускоряющий обработку видео изображений ; 11
Структура ПК 8) элементы электрических соединений узлов и блоков переходные контакты, плоские кабели и монтажные провода; 9) корпус (case) — защищает компоненты PC от внешнего воздействия и содержит блок питания; 10) UPS — источник бесперебойного питания; 11) устройства ввода — клавиатура, мышь, трэкболл, джойстик, дигитайзер, сканер; 12) устройства вывода — монитор, принтер, плоттер; 12
Структура ПК 13) мультимедиа компоненты — звуковая карта, CDROM, DVD-ROM, карты видео ввода-вывода; 14) устройства коммуникаций — модем, сетевая карта. 13
Спецификация ПК
Чтение спецификации ПК Intel Pentium 4 - 3. 0 GHz / 512 Mb / 120 Gb / 128 Mb Ge. Force PCX 6600 / Combo: DVD 16 x + CD-RW 52 x 32 х52 х / FDD / LAN / AC 97 / kbd / M&P / 17" Samsung 710 V (LCD, 1280 x 1024) Тактовая частота процессора: 3, 0 GHz Объем оперативной памяти: 512 Mb Емкость винчестера: 120 Gb Объем оперативной памяти видео карты: 128 Mb Диагональный размер монитора: 17’’ 15
Чтение спецификации ПК i. P-4 Celeron 1, 7 GHz / 128 Mb DDR / 20 Gb / I-845 G int 64 Mb / CD-ROM 52 -x / kbd/ M&P/ 3, 5’’/ 17’’ Samsung/ 100 TP Тактовая частота процессора: 1, 7 GHz Объем оперативной памяти: 128 Mb Емкость винчестера: 20 Gb Объем оперативной памяти видео карты: 64 Mb Диагональный размер монитора: 17’’ 16
Скачать презентацию Лекция 2 Аппаратное обеспечение ПК Hardware 08 02
Лекция_2_Аппаратное обеспечение ПК.ppt