Архитектура персонального компьютера

           

      Архитектура персонального компьютера.  

    Содержание: 

    1. Введение………………………….………………..2

    2. Основы архитектуры ЭВМ…………………..…...2

    3. Структура ПК………………….…………………..6

    4. Функциональные характеристики ПК………….16          

    5. Список литературы……………………………....20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение. 

    Современные ЭВМ бывают самыми разными: от больших, занимающих целый зал, до маленьких, помещающихся на столе, в портфеле и  даже в кармане. Сегодня самым  массовым видом ЭВМ являются персональные компьютеры.

    Создание  персонального компьютера (ПК) можно  отнести к одному из самых значительных изобретений 20 века. ПК существенно  изменил роль и значение вычислительной техники в жизни человека.

    Определение «персональный» возникло потому, что  человек получил возможность  общаться с ЭВМ самостоятельно (персонально) без посредничества профессионала- программиста.

    Персональные  компьютеры используются сейчас повсеместно. Их основное назначение- выполнение рутинной работы: поиск информации, составление  типовых форм документации, фиксация результатов исследования, подготовка текстов разного рода от простейших документов до издательской верстки  и пр.

    В реферате представлена общая архитектура ПК и подробно рассматриваются характеристики основных модулей ПК.  

    Основы  архитектуры ЭВМ. 

    Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

    Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

    Составные части, из которых состоит компьютер, называют модулями. Среди всех модулей выделяют основные модули, без которых работа компьютера невозможна, и остальные модули, которые используются для решения различных задач: ввода и вывода графической информации, подключения к компьютерной сети и т.д.

    В основу построения большинства ЭВМ  положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

    1.  Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности).

    2.  Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

    3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек).

    ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют  классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана). Архитектура ЭВМ  – это её логическая организация, структура и ресурсы. Архитектура определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ:

• процессора;
• оперативного ЗУ (запоминающего устройства);
• внешних ЗУ;
• периферийных устройств.

      Функции памяти:

• приём информации от других устройств;
• запоминание информации;
• передача информации по запросу в другие устройства машины.

    Память  делят на :

1. основную:
    
2. ОЗУ (оперативно запоминающее устройство);
    
3. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);
4. внешнюю (устройства внешней памяти позволяют длительно хранить информацию).

    Носители  внешней памяти: жесткие и гибкие магнитные диски, а также лазерные диски (CD). Прежде, чем использовать, диски форматируют на дорожки и секторы.

    К функциям периферийных устройств относятся  ввод и вывод информации.

    Каждое  устройство имеет набор характеристик, которые позволяют подобрать  такую конфигурацию устройств, которая  наилучшим образом подходит для  решения определенного круга  задач с помощью компьютера.

    Функции процессора:

    1.обработка  данных по заданной программе  (выполнение над ними арифметических  и логических операций)– функция  АЛУ (арифметико-логического устройства);

    2.программное  управление работой устройств  ЭВМ – функция УУ (устройства  управления).

    В состав процессора входят также регистры (процессорная память) – ряд специальных  запоминающих ячеек.

    Регистры  выполняют две функции:

• кратковременное хранение числа или команды;
• выполнение над ними некоторых операций.

    Важнейшие регистры:

• счетчик команд (служит для автоматической выборки команд программы из последовательных ячеек памяти, в нем хранится адрес выполняемой команды);
• регистр команд и состояний (служит для хранения кода команды).

    Команда – это элементарная операция, которую должна выполнить ЭВМ.  

    Команда содержит:

• код выполняемой операции;
• адреса операндов;
• адрес размещения результата.

    Выполнение  команды разбивается на следующие  этапы:

1. из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается команда (при этом содержимое счётчика команд увеличивается);
2. команда передаётся в устройство управления (в регистр команд);
3. устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
4. по сигналам устройства управления операнды выбираются из памяти в АЛУ (в регистры операндов);
5. УУ расшифровывает код операции и выдаёт сигнал АЛУ выполнить операцию;
6. результат операции остаётся в процессоре, либо возвращается в ОЗУ.

       Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратно- программных средств из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного  построения ЭВМ. Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники. Инженеры схемотехники проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы их сопряжения друг с другом. Системные программисты создают программы управления технического средства информационного взаимодействия между уровнями или программой вычислительного процесса. Программисты прикладники разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействия пользователей с ЭВМ и необходимый сервис при решении ими своих задач.

           
 
 
 

    Структура ПК. 

    Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

    Персональный  компьютер — это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Достоинствами ПК являются:

1. Малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
2. Автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
3. Гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
4. "Дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
5. Высокая надежность работы.

    Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

    В состав микропроцессора входят:

    •   устройство управления (УУ)—формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

    •   арифметико-логическое устройство (АЛУ)—предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор),

    •   микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);

    •   интерфейсная система микропроцессора —реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

    Промежуток  времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

    Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик  персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо  каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов:

    Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

    ·         кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

    ·         кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

    ·         кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

    ·         шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. между микропроцессором и основной памятью;
2. между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

    Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.