Устройство и принципы работы ПЭВМ
Разновидности ПЭВМ -Настольные (desktop) -Портативные (laptop, netbook, notebook, tablet PC) -Карманные (pocket PC)
n Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.
Общие принципы работы ПЭВМ n n Наличие хотя бы одного устройства ввода (клавиатура, мышь, световое перо) Наличие оперативной памяти для временного хранения данных и программ Наличие дополнительных накопителей для длительного хранения данных Наличие монитора или других устройств вывода для выдачи результатов обработки данных
Архитектура ПК Под архитектурой ПК понимают совокупность ее устройств и связей между ними. Особенности архитектуры IBM PC: 1) Архитектура ПК фирмы IBM строится по модульному принципу. 2) Она является открытой, т. е. позволяет наращивать мощность и возможности ПК, подсоединяя дополнительные устройства. 3) Передача информации в ПК между устройствами идет через линию связи - общую шину.
Системная шина – информационная магистраль, которая Системная шина связывает друг с другом все устройства компьютера (группа токопроводящих кабелей или линий на системной плате)
Системная шина предназначена для передачи информации, закодированной в двоичном коде. Характеристика системной шины, определяющая количество бит информации, передаваемых одновременно, называется разрядностью.
Магистрально-модульное устройство ПК Ø Ø Ø Шина данных - шина для передачи данных между различными устройствами. Шина адреса - шина для выбора устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных. Шина управления - шина для передачи сигналов, определяющих характер обмена информацией по магистрали.
Общая структурная схема компьютера
Типовой комплект ПЭВМ n n n Системный блок Монитор Клавиатура Мышь Принтер
Основные характеристики модулей ПЭВМ Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей: системный блок монитор клавиатура мышка компьютер в настольном исполнении компьютер в компактном исполнении (notebook) В системном блоке находятся все основные узлы компьютера: • материнская плата; • электронные схемы (процессор, контроллеры устройств и т. д. ); • блок питания; • дисководы (накопители).
Структурная схема персонального компьютера
Структура ПК Блок питания Материнская плата CD-ROM ЦП ОЗУ Видеокарта Жесткий диск
Материнская плата – самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.
Материнская плата Слот для видеокарты Слот для звуковой карты Слот для ОЗУ(ROM) Слот для процессора Слот для блока питания Слот для дисковода для гибких дисков Слот для винчестера Слот для дисковода для компакт-дисков CD, DVD
Схема материнской платы Северный мост (системный контроллер) — обеспечивает подключение ЦПУ (CPU) к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ (RAM), графический контроллер (AGP). CPU RAM AGP Периферийные низкоскоростные устройства Южного моста самостоятельно обращаются к RAM. По шинам - многоканальная, двухсторонняя передача данных (2, 4… 32 каналов). Исходные данные (непосредственно данные, их адреса и команды управления IRQ, DMA…) разбиваются на пакеты и передаются по параллельным каналам (в каждом канале последовательно - аналог сетей). Такая шина позволяет увеличивать производительность ПК пропорционально частоте CPU. Частота шин (FSB, сотни МГц), разрядность данных (32, 64 бита), адресов (32 бита => 4 Гбайта) Flash ROM с программой BIOS COM LPT HDD
Процессор АЛУ (арифметико-логическое устройство) УУ (устройство управления) В современных компьютерах УУ и АЛУ объединены в один блок – процессор - важнейший компонент любого персонального компьютера, его «мозг» . Управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации. Микропроцессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему, определяется размером степень интеграции кристалла и которой количеством реализованных в нем транзисторов. Иногда интегральные микросхемы называют чипами (англ. chip).
Характеристики микропроцессора n Режим работы микропроцессора и других связанных с ним устройств задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. Это своеобразный метроном внутри компьютера. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем метроном стучит быстрее тем процессор работает быстрее. Измеряется в – МГц(ах)
ü 1. 2. 3. 4. Основные характеристики микропроцессора: Тактовая частота – указывает, сколько элементарных операций в секунду (тактов) выполняет за 1 секунду. Измеряется в МГц. Внутренняя разрядность – определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций. Внешняя разрядность – определяет, сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства. Производительность – скорость выполнения определённых операций в какой-либо программной среде.
Процессоры (CPU) Socket 775 Процессор в сборе Culler Процессоры также характеризуются: • количеством ядер, • виртуальным размножением ядра (Hiper-Threading) – многопотоковость обработки данных в ядре, • частотой FSB, частотой процессорной шины = FSB Х множитель (- обычно 4), частотой ядра = FSB Х множитель (- обычно 9), • объем кэш-памяти L 1, L 2, • сокетом подключения к шине материнской платы, • напряжением питания * регулируют при разгоне CPU
Микропроцессор ПК содержит: · Управляющее устройство (УУ); · Арифметико-логическое устройство (АЛУ); · кэш-память; · блок связи (интерфес процессора с системной шиной); · блок управляющих регистров; · блок прерывания; · блок управляющих регистров; • блок контроля правильности работы и диагностики процессора;
Двуядерные процессоры Четыре ядра Intel Core 2 Quad Тактовая частота – более 3 ГГц, частота шины – 800 МГц Число транзисторов – 230 млн Площадь кристалла – 206 мм 2 Тепловыделение – 130 Вт Кэш L 1 – 16 Кб, L 2 – 1 Мб Hiper-Threading, Socket 775
Новые поколения Core i 7 – до 6 ядер, кэш L 2 - 1 М, кэш L 3 – до 12 М, тактовая частота – до 3333 МГц. Процессор полностью поглотил северный мост. Технологический процесс 32 нм. • Технология Intel® Turbo Boost 2. 0 - динамически повышает тактовую частоту процессора при необходимости, используя дополнительные ресурсы мощности и охлаждения, при работе не в режиме максимальной нагрузки. • Технология Intel® HT (Hiper-Threading) - позволяет каждому ядру процессора выполнять до 12 задач одновременно (до 12 виртуальных ядер). • Intel® Smart Cache — общая кэш-память динамически распределяется между ядрами процессора в зависимости от нагрузки, значительно ускоряя работу и повышая производительность. • Intel® HD Graphics 2000 интегрированное в процессоры Intel Core – устраняет необходимость использования отдельной видеокарты и позволяет снизить энергопотребление и расходы на систему. • Команды Intel® AES-NI обеспечивают аппаратное ускорение шифрования и дешифрования, ускоряя выполнение приложений, использующих AES (Advanced Encryption Standard). • Многое другое…
Поколения микропроцессоров 1. Intel 8088 2. Intel 80286 3. Intel 80386 4. Intel 80486 5. Intel Pentium, AMD, Celeron 6. Intel Pentium IV, Athlon, Sempron 7. Core i 7
Память ЭВМ Внутренняя память ОЗУ ПЗУ Внешняя память Носители Магнитные, оптические и др. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство RAM – Random Access Memory – память с прямым доступом Хранит задачу, выполняемую в данный момент ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (ROM - Read Only Memory - память только для чтения) Хранит информацию, которая не изменяется (например, о первоначальной загрузке ЭВМ)
Оперативная память (RAM) Предназначена для хранения оперативной информации, необходимой компьютеру в процессе выполнения конкретной задачи. Подключается к процессору. n Характеристики ОЗУ: Емкость памяти (max кол-во информации, которое может в ней храниться); n Быстродействие (время считывания или записи информации в ячейку памяти); Модули памяти Особенности ОЗУ: 1. Относительно «небольшая» по объему; 2. Быстродействующая память; 3. Энергозависимая память (содержимое исчезает при выключении компьютера).
Модули памяти DDR – Double Data Rate SDRAM (synchronous dynamic random access memory ) DDR 2 • 553 МГц, 8. 5 Гбит/c, 1. 8 В DDR 3 • до 2133 МГц, до 19. 2 Гбит/c, 1. 65 В DIMM (Double In-line Memory Module) имеют 240 контактов
Постоянная память (RОM) Содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ (начальная загрузка и тестирование компьютера). Название ROM (Read Only Memory) указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения информации. Особенности: 1. Быстродействующая память только для чтения; 2. Энергонезависима (сохраняет информацию при отключении питания компьютера).
Внешняя память магнитные носители информации Гибкий магнитный диск (дискета) Жесткий магнитный диск (винчестер)
Почему “винчестер”? n n n В 1973 году фирмой IBM по новой технологии был разработан жесткий диск, который мог хранить до 16 Кбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была разбита на 30 секторов, то ему присвоили название — 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называться
Внешняя память оптические носители информации Дисковод CD-ROM 650 Mb Скорость воспроизведения Audio CD - 150 Kb/c CDx 2 - 300 Kb/c CDx 52 - 7800 Kb/c CD-R (Record) –диск для однократной записи (золотой) – высокая надежность CD-RW (Read-Write)– диск для перезаписи (до 1000 раз) могут считываться только на новых (как правило, не хуже 16 -скоростных) устройствах CD-ROM.
Дисковод DVD-ROM DVD (Digital Versatile Disk) цифровой многофункциональный диск (видео фильмы, игры, энциклопедии…) Стандарты • DVD-5 – 1 сторона, 1 слой; . 4, 7 Gb • DVD-9 – 1 сторона, 2 слоя; 8, 5 Gb • DVD-10 – 2 стороны, 1 слой; 9, 4 Gb • DVD-18 - 2 стороны, 2 слоя; 17, 0 Gb 4, 7 Gb =133 мин. видео в формате MPEG-4 со звуком Dolby Digital на 8 языках и субтитрами на 32 языках.
Параметр CD-ROM DVD-ROM диаметр 120 мм толщина 1, 2 мм шаг дорожки 1, 6 мкм 0, 74 мкм длина волны 780 нм 640 нм вместимость 0, 65 Gb 4, 7 Gb кол-во слоев 1 1, 2, 4 инфракрасный (по 0, 6 мм на слой) красный
Flash-память Flash - короткий кадр, вспышка, мелькание n n n Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. (при отключении питания данные из флэш-памяти не пропадают). Впервые Flash-память была разработана компанией Toshiba в 1984 году. В 1988 году Intel разработала собственный вариант флэш-памяти. Преимущества flash-памяти: n n Способна выдерживать механические нагрузки в 5 -10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков. Потребляет примерно в 10 -20 раз меньше энергии во время работы, чем жёсткие диск и носители CD-ROM. Компактнее большинства других механических носителей. Информация, записанная на флэш-память, может храниться от 20 до 100 лет.
Накопители памяти Твердотельный накопитель SSD (solid-state drive) на Flash-памяти вместо механического винчестера. Лёгкий, бесшумный, с низким энергопотреблением, высокая механическая стойкость, стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их фрагментации. Реальная скорость чтения/записи примерно как и у HDD. Недостатки: ограниченное количество циклов перезаписи (порядка 10 000), цена гигабайта SSD существенно выше HDD, проблема совместимости SSD с многими версиями ОС.
Видеокарта Чтобы подключить к компьютеру монитор, необходим специальный видеоадаптер. Задача видеоадаптера — сформировать сигнал, отображающий на мониторе определенную область локальной памяти (кадровый буфер видеопамяти), в которой хранятся данные об изображении, а также выдать сигналы синхронизации — горизонтальную (строчную) и вертикальную (кадровую) развертки.
Видеоадаптер (видеокарта)
Видеокарты на материнской плате Порты USB Порты для мониторов Слоты PCI (расширение)
Звуковой адаптер Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой. Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона.
Сетевая карта n n Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга. При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния. Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.
Коммуникационные порты Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п. , компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно
Примеры портов: n COM (последовательный порт) • LTP (параллельный порт) • USB (последовательный с высокой производительностью) • PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)
Кроме универсальных коммуникационных портов, предназначенных для любого оборудования, компьютер имеет два специализированных порта для подключения мыши и клавиатуры – это порты PS/2. Другие устройства к этим портам не подключаются.
Устройства ввода информации
Клавиатура Принцип действия: совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь. Внутри корпуса любой клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Механическое нажатие клавиши преобразуется в так называемый скэн-код, который передается в контроллер клавиатуры на материнской плате. Основные тенденции развития клавиатур: I Повышение эргономических качеств; I Оснащение динамиками; I Оснащение манипуляторами (типа трекбол); I Оснащение считывающим устройством штрихового кода; I Для слепых; I Инфракрасные (беспроводные) и т. п.
Координатные устройства ввода информации (манипуляторы) Назначение: ввод графической информации и работа с графическим интерфейсом программ.
Сканер - устройство для оптического ввода в компьютер и преобразования в цифровую форму информации (фотографии, рисунки, чертежи, графики, текст) Виды сканеров: (По способу перемещения считывающей головки и носителя изображения друг относительно друга) • Ручные; • Рулонные; • Планшетные; • Проекционные.
Сканер АЦП (аналогоцифровой преобразователь) Ручной сканер
Устройства вывода информации
Монитор (дисплей) - устройство визуального отображения текстовой и графической информации. Типы мониторов: - на базе ЭЛТ; ЖК. Характеристики мониторов: - - - разрешение (количество воспроизводимых точек в выводимом изображении по горизонтали и вертикали); частота (частота смены кадров при сканировании графической сетки экрана электронным лучом (Гц)); размер экрана (диагональ) (дюйм).
Мониторы ЭЛТ (CRT) ЭЛТ - электронно-лучевая трубка CRT - Cathode Ray Tube • Свечение люминофора экрана под воздействием электронного луча, формируемого электронной пушкой. • Люминофор - вещество, которое испускает свет при бомбардировке заряженными частицами. • Люминофорный слой состоит из маленьких элементов, которые воспроизводят основные цвета RGB (триады). • Свечение образуется под воздействием ускоренных электронов от трех электронных пушек (каждая для своего элемента триады).
Мониторы ЭЛТ (CRT) Основные характеристики • Видимый размер монитора по диагонали – 15’’, 17’’, 19’’, 21’’ • Разрешения, поддерживаемые монитором – VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA • Шаг зерна – расстояние между точками на экране (0, 21 – 0, 28 мм) • Частота регенерации (смены кадров) – от 72 Hz. Стандарт VESA от 85 Hz
Мониторы ЖК (LCD) ЖК – жидко-кристаллические LCD – Liquid Crystal Display • Управление светом лампы подсветки, проходящим через слой жидких кристаллов за счёт изменения ими плоскости поляризации.
Мониторы ЖК (LCD) + Преимущества • При сравнимом размере диагонали видимой области 14’’ LCD 15’’ ЭЛТ • Бликов на экране в 3 и более раз меньше (меньше коэффициент отражения). • Не создает вредного для здоровья постоянного электростатического потенциала. • Напряжение каждого пикселя запоминается транзистором до следующего обновления, мерцание практически отсутствует и частоты регенерации 60 Гц достаточно. • Малый вес и габариты. • Потребляет в 3 -4 раза меньше электроэнергии.
Мониторы ЖК (LCD) Недостатки • Недостатки цветопередачи и невозможность калибровки (не подходит дизайнерам и художникам). • Только “родное” разрешение. • Недостаточные контрастность, быстродействие и стойкость к механическим повреждениям. • Ограниченный угол обзора. • Наличие “битых” пикселей. • Более высокая цена.
«Электронная бумага» Глаз Тонкая как бумага, очень гибкая, показывает в отраженном свете, может быть цветная. Невысокое разрешение и скорость смены изображения, очень низкое энергопотребление (изображение сохраняется около 20 мин. без питания).
Принтер - устройство создания «твердой копии» (вывода на бумагу) числовой, текстовой, графической информации. Виды принтеров: (По используемой технологии печати) • Матричные; • Струйные; • Лазерные.
Матричный принтер Струйный принтер Лазернный принтер
Принтеры (лазерные, струйные) 1. Вращающийся фотобарабан 2. Зарядный валик 3. Лазер 4. Подвижное зеркало 5. Распределительная линза 6. Тонер 7. Магнитный вал, наносящий тонер 8. Бумага с «насыпанным» тонером 11. Нагретый валик (180— 220 °C) Office Center - МФУ (принтер, сканер, копир)
Плоттер (графопостроитель) - устройство для вывода сложных и широкоформатных графических объектов. Виды плоттеров: • Перьевые; • Струйные;
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’’
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’’
Выбирай с умом А НЕТ Ваши средства ограничены и вы ищете систему для работы с офисными программами? Б НЕТ Вы хотите использовать свой ПК не только дома, но и в офисе или в поездках Будете ли вы использовать сканер или цифровой фотоаппарат? В Г Планируете ли вы смотреть на компьютере видеодиски DVD? Д НЕТ Намерены ли вы оцифровывать и редактировать любительское видео? Ж Celeron 2, 4 ГГц, память 256 МБ, встроенная графика, встроенный звук, жесткий диск 40 -80 ГБ, DVD-ROM НЕТ Предполагаете ли вы играть в современные 3 -D игры, смотреть видео MPEG-4? Е Компактный настольный ПК: Приобретение нового ПК может оказаться непростым делом. Просто ответьте на вопросы в схеме – и вы узнаете, какая конфигурация НЕТ компьютера нужна именно вам. Многоцелевой настольный ПК: Pentium 4, 2, 8 ГГц, память 512 МБ, встроенная графика, встроенный звук, жесткий диск 120 ГБ, DVD-ROM/CD-RW Собираетесь ли вы активно использовать Интернет? Мощный настольный ПК: Pentium 4, 3, 2 ГГц, память 1024 МБ, встроенная графика, встроенный звук, жесткий диск 200 ГБ, DVD+/RW (мультиформатный) Ноутбук: Pentium М 2 ГГц, память 512 МБ, жесткий диск 60 ГБ, DVD-ROM/CD-RW, экран 15”
Необычные периферийные устройства компьютера
Компьютерная мышь в «коже»
Мышь
Снова Мышки
А как вам такие Мышки
«Мягкая» клавиатура
«Мягкая» клавиатура
Клавиатура и мышь в отделке из бамбука
Игровой компьютер для детей
Монитор «два в одном»
Настенный принтер
Изогнутый монитор
Японцы снова в ударе! Solid Alliance, японский производитель компьютерной периферии, представил ну очень оригинальный USB-хаб в виде…двигателя
Музыкальный проигрыватель с USB входом
USB память и плеер
Веб-камера и USB концентратор
Проект компании Ora-Ito впечатляет, только взгляните на фото. Medusa, так называется устройство, имеет 8 гибких кабеля (5 USB 2. 0 и 3 Fire. Wire 400), вентилятор, свет, удлинитель и всё это USB, AC адаптер и Fire. Wire 400 удлинитель.
Ещё один необычный USB-хаб. Так называемый "Soft Hub USB 2. 0" внешне напоминает скорее игрушку для домашних животных, чем компьютерный аксессуар.
«Суши» USB-носитель
Компьютерные колонки
Адрес сайта кафедры «Информационные технологии» http: //www. belsut. gomel. by/it
Скачать презентацию Устройство и принципы работы ПЭВМ Разновидности ПЭВМ
kit_lec3_Ustroystvo_PEVM.ppt