Состав и архитектура персонального компьютера. Характеристики основных устройств

                                                    

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОСТОВСКИЙ ЮРИДИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МИНИСТЕРСТВА

ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

(ФГКОУ ВПО «РЮИ МВД  России»)

 

 

 

 

 

Научная работа по дисциплине «Информатика и информационные технологии в профессиональной деятельности»

По теме:

 «Состав и архитектура персонального  компьютера. Характеристики основных  устройств».

 

Выполнила: Курсант 108 учебной группы Белова М.С.

 

Преподаватель: Доцент

 

 

Содержание:

1. Персональный компьютер, его определение........….……………..……………..…..3 стр.

2. Возможности ПК…………………………………………………………………………....…3 стр.

3. Архитектура ПК………………………………………………..…………………..……..……3 стр.

4. Внутреннее устройство ПК…………………………………………………………….... .5 стр.

5. Состав персонального компьютера…………………...………………….….… …….12 стр.

6. Основные внешние устройства ПК………………….…………….………….………  14 стр.

      6.1. Устройства ввода информации…………………..………………………….…..15 стр.

      6.2. Устройства вывода информации………………………..……………….……....22 стр.

      6.3. Устройства передачи\обмена информацией…………….…………………....30 стр.

      6.4. Прочие периферийные устройства……………………………………………..30 стр.

7. Заключение. Итоги. Выводы……………………………………………………....……..31 стр.

Используемая литература……………………………………………………………..….…33 стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Персональный компьютер: определение.

Прежде чем рассмотреть архитектуру персонального компьютера, необходимо узнать что же такое персональный компьютер. Итак, ПК- универсальная техническая единая система, которая представляет собой набор сменных компонентов, соединенных между собой интерфейсами. Это основная техническая база информационной технологии. Персональный компьютер (ПК) стал обязательным атрибутом для юриста современного мира, так как Юрист-профессионал XXI века должен обладать обширными знаниями в области информатики, иметь практические навыки по использованию современной вычислительной техники, систем связи и передачи информации, должен знать основы и перспективы развития новых информационных технологий, уметь оценивать информационные ресурсы для принятия оптимальных управленческих решений, поэтому тема данной научной работы особенно актуальна для сотрудника полиции.

2. Возможности ПК.

Рассмотрим возможности персонального компьютера. Возможности современного персонального компьютера определяются характеристиками его функциональных блоков. Замена одних таких блоков на другие не представляет особой проблемы, особенно в настоящее время, и при необходимости можно достаточно быстро осуществить модернизацию ПК. Однако современный рынок компьютерной техники настолько разнообразен, что не так-то просто выбрать необходимый блок, а также определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний в таких случаях практически не обойтись. Поэтому целью данной научной работы является изучение архитектуры современного персонального компьютера, рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК. Чтобы достигнуть этой цели необходимо решить следующие задачи:

1.          Рассмотреть архитектуру современного ПК 
 
2.          Изучить основные блоки ПК. Состав и их назначение 
 
3.          Исследовать основные внешние устройства ПК

3. Архитектура ПК.

Архитектура персонального компьютера определяется в первую очередь его внутренним устройством: центральным процессором и подсистемами памяти, внутримашинным интерфейсом, а также подсистемами ввода-вывода информации. Архитектура- структура компонентов компьютерной системы и система взаимосвязей аппаратных или программных средств, описанная схематически или с подробным указанием параметров. По форматам используемых команд можно выделить следующие виды архитектур:

CISC-архитектура присуща компьютерам с набором сложных команд. Она реализована во многих типах микропроцессоров, выполняющих большой набор разноформатных команд с использованием многочисленных способов адресации. Недостатком такого типа архитектуры является то, что дальнейшее развитие CISC-архитектуры связано с существенным усложнением структуры микропроцессора, повышением его стоимости и увеличением временных затрат на исполнение программы;

RISC-архитектура относится к компьютерам с сокращенным набором команд. Команда такого типа появилась, потому что многие CISC-команды и способы адресации используются крайне редко. Современные RISC- процессоры реализуют порядка 100 команд, имеющих фиксированный формат длиной байта, и используют небольшое число наиболее простых способ адресации.

VLIW-архитектура присуща к микропроцессорам, в которых используются осень длинные команды, отдельные поля который содержит коды, обеспечивающие выполнение различных операций. Архитектура такого типа реализована в некоторых типах современных микропроцессоров и считается перспективной для создания нового поколения сверхвысокопроизводительных процессоров.

  Изучение архитектуры персонального компьютера крайне необходима в каждой профессии, но в каких-то требуется ее более глубокое изучение, в каких-то более поверхностное. Для юриста, а тем более для сотрудника ОВД, изучение архитектуры персонального компьютера необходима, так как сотрудник полиции должен обладать обширными знаниями в области информационных технологий, ведь его профессия непосредственно связана с информационными технологиями. Компонентом ПК выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Существует минимальный набор устройств, без которых работа ПК становится бессмысленной. Следовательно, архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом можно уделить структуре и функциональным возможностям компьютера. Их, в свою очередь, можно разделить на основные и дополнительные:        

1. -Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.
2. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. По способу хранения программ выделяется две архитектуры:

4. Внутреннее устройство ПК

В корпусе системного блока находится множество элементов, которые отвечают за работу ПК. Внутри системного блока размещена материнская плата, на которой размещены: модуль оперативной памяти, видеокарта, процессор, а также другие карты расширения. С помощью специального шлейфа к материнской плате подключены привод компакт-дисков, картридер, жесткий диск, дисковод. Центральным блоком персонального компьютера является микропроцессор, управляющий всеми другими устройствами компьютера и выполняющий арифметические и логические операции с данными. В состав микропроцессора входят:

• Устройство управления.
• Арифметико-логическое устройство
• Микропроцессорная память
• Интерфейсная система микропроцессора

Основной интерфейсной системой компьютера является системная шина, которая предназначена для обмена информацией микропроцессора с любыми внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера, в состав которой входят следующие компоненты:

1. Шина данных для параллельной передачи всех разрядов машинного слова данных.
2. Шина адреса из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства
3. Шина управления для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Для обеспечения передачи информации по системной шине необходимо одно из подключённых устройств или специально выделенный для этого узел, называемый арбитром шины. В универсальных процессорах и контроллерах обычно применяется одна шина адреса и одна шина данных. В любом случае все сигналы, необходимые для работы системной шины формируются микросхемой процессора. Для увеличения скорости обработки информации требуется отдельная микросхема (например, контроллер прямого доступа к памяти или сопроцессор). Арбитраж доступа к системной шине при этом осуществляет контроллер системной шины (в простейшем случае достаточно сигнала занятости шины). Персональные компьютеры, как правило, строятся на основе одной системной шины в стандартах ISA, EISA или MCA. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия микропроцессоров привела к двухуровневой организации шин в персональных компьютерах на основе локальной шины. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации, это, как правило:

• Между микропроцессором и основной памятью;
• Микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
• Основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств( в режиме прямого доступа к памяти);

 

Локальной шиной является шина, электрически выходящая на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. К локальным шинам относятся VL-Bus и PCI.

Рассмотрим более подробно главное устройство шины. Итак, главное устройство шины - это устройство, которое  инициирует транзакции чтения или записи. ЦП, например, всегда является главным устройством шины. Шина имеет несколько главных устройств, если имеется несколько ЦП или когда устройства ввода/вывода могут инициировать транзакции на шине.

В настоящее время используются два типа шин, отличающиеся способом коммутации: шины с коммутацией цепей (circuit-switched bus) и шины с коммутацией пакетов (packet-switched bus), получившие свои названия по аналогии со способами коммутации в сетях передачи данных. Шина с коммутацией пакетов при наличии нескольких главных устройств шины обеспечивает значительно большую пропускную способность по сравнению с шиной с коммутацией цепей за счет разделения транзакции на две логические части: запроса шины и ответа. Такая методика получила название "расщепления" транзакций (split transaction). Транзакция чтения разбивается на транзакцию запроса чтения, которая содержит адрес, и транзакцию ответа памяти, которая содержит данные. Каждая транзакция теперь должна быть помечена (тегирована) соответствующим образом, чтобы ЦП и память могли сообщить что есть что. Шина с коммутацией цепей не делает расщепления транзакций, любая транзакция на ней есть неделимая операция. Главное устройство запрашивает шину, после арбитража помещает на нее адрес и блокирует шину до окончания обслуживания запроса. Большая часть этого времени обслуживания при этом тратится не на выполнение операций на шине (например, на задержку выборки из памяти). Таким образом, в шинах с коммутацией цепей это время просто теряется. Расщепленные транзакции делают шину доступной для других главных устройств пока память читает слово по запрошенному адресу. Это, правда, также означает, что ЦП должен бороться за шину для посылки данных, а память должна бороться за шину, чтобы вернуть данные. Таким образом, шина с расщеплением транзакций имеет более высокую пропускную способность, но обычно она имеет и большую задержку, чем шина, которая захватывается на все время выполнения транзакции. Транзакция называется расщепленной, поскольку произвольное количество других пакетов или транзакций могут использовать шину между запросом и ответом.

• Основная память (ОП). Основная память компьютера удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит в качестве интерфейса ввода/вывода, поскольку является местом назначения для ввода и источником для вывода. Для оценки производительности основной памяти используются два основных параметра: задержка и полоса пропускания. Традиционно задержка основной памяти имеет отношение к кэш-памяти, а полоса пропускания или пропускная способность относится к вводу/выводу. Задержка памяти оценивается двумя параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла памяти (cycle time). Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенного слова из памяти. Длительность цикла памяти определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти. Основная память современных компьютеров реализуется на микросхемах статических и динамических ЗУПВ (Запоминающее Устройство с Произвольной Выборкой). Микросхемы статических ЗУВП (СЗУПВ) имеют меньшее время доступа и не требуют циклов регенерации. Микросхемы динамических ЗУПВ (ДЗУПВ) характеризуются большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее время доступа. Обращение к ДЗУВП обычно происходит в два этапа: первый этап начинается с выдачи сигнала RAS - row-access strobe (строб адреса строки), который фиксирует в микросхеме поступивший адрес строки, второй этап включает переключение адреса для указания адреса столбца и подачу сигнала CAS - column-access stobe (строб адреса столбца), который фиксирует этот адрес и разрешает работу выходных буферов микросхемы. Названия этих сигналов связаны с внутренней организацией микросхемы, которая, как правило, представляет собой прямоугольную матрицу, к элементам которой можно адресоваться с помощью указания адреса строки и адреса столбца. В отличие от динамических, статические ЗУПВ не требуют регенерации, и время доступа к ним совпадает с длительностью цикла. В последние годы емкость микросхем динамической памяти учетверялась каждые три года, увеличиваясь примерно на 60% в год. К сожалению скорость этих схем за этот же период росла гораздо меньшими темпами (примерно на 7% в год). увеличение полосы пропускания памяти возможно увеличение размера блоков кэш-памяти без заметного увеличения потерь при промахах. Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являются: увеличение разрядности или "ширины" памяти, использование расслоения памяти, использование независимых банков памяти, обеспечение режима бесконфликтного обращения к банкам памяти, использование специальных режимов работы динамических микросхем памяти. Основная память компьютера содержит два вида запоминающих устройств:
1. Постоянное запоминающее устройство (RAM, ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
2. Оперативное запоминающее устройство (ROM, ОЗУ) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главное достоинство оперативной памяти- ее высокое быстродействие и возможность прямого обращения к каждой адресуемой группе из 8 ячеек памяти отдельно(прямой адресный доступ к ячейке).
• Внешняя память- это память, реализованная в виде внешних (относительно материнской платы) запоминающих устройств (ВЗУ) с разными принципами хранения информации. ВЗУ предназначены для долговременного хранения информации любого вида и характеризуются большим объемом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием. Под внешней памятью компьютера подразумевают обычно как устройства для чтения / записи информации - накопители, так и устройства, где непосредственно хранится информация - носители информации. Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель. А такое устройство как винчестер, совмещает в себе и носитель, и накопитель. Носителями информации во внешней памяти современных компьютеров являются:
• Накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения / записи информации на гибкие диски (дискеты);