Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их функции

Функциональная  схема компьютера. Основные устройства компьютера и их функции.

А.П.Шестаков

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные  принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих  основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Рассмотрим более подробно назначение каждого  из них.

Процессор является главным устройством  компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов  информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ  и устройство управления УУ.

Каждый процессор способен выполнять  вполне определенный набор универсальных  инструкций, называемых чаще всего  машинными командами. Каков именно этот набор, определяется устройством  конкретного процессора, но он не очень  велик и в основном аналогичен для различных процессоров. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при необходимости  принять данные или отправить  результаты их обработки на требуемое  устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто  может зависеть от обрабатываемой в  данный момент информации.

Хотя внутри процессора всегда имеются  специальные ячейки (регистры) для  оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной  информации, в нем сознательно  не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в  компьютере служит другое устройство – память. Мы рассмотрим лишь наиболее важные виды компьютерной памяти, поскольку  ее ассортимент непрерывно расширяется  и пополняется все новыми и  новыми типами.

Память в целом предназначена  для хранения как данных, так и  программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих  типов информации используется единое устройство.

Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это действительно  было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин  внутрь основного процессорного  корпуса удавалось поместить  все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее, терминология сохранилась.

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую  электронную память, расположенную  на его системной плате. Сейчас такая  память изготавливается на базе самых  современных полупроводниковых  технологий (раньше использовались магнитные  устройства на основе ферритовых сердечников  – лишнее свидетельство тому, что  конкретная физические принципы значения не имеют). Наиболее существенная часть  внутренней памяти называется ОЗУ - оперативное  запоминающее устройство. Его главное  назначение состоит в том, чтобы  хранить данные и программы для  решаемых в текущий момент задач. Наверное, каждому пользователю известно, что при выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется. В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти, которые при первом знакомстве можно пропустить. Здесь упомянем только о постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в котором в частности хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера (для лучшего понимания можно указать на некоторую аналогию между информацией в ПЗУ и “врожденными” безусловными рефлексами у живых существ). Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы.

Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств  хранения информации и обычно конструктивно  оформляется в виде самостоятельных  блоков. Сюда, прежде всего, следует  отнести накопители на гибких и жестких  магнитных дисках (последние несколько  жаргонно пользователи часто именуют  винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD ROM). В конструкции устройств  внешней памяти имеются механически  движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем  у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее, внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования. Подчеркнем, что информация во внешней памяти прежде всего предназначена  для самого компьютера и поэтому  хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдаленно  представить содержимое немаркированной  дискеты или диска CD ROM.

Современные программные системы  способны объединять внутреннюю и внешнюю  память в единое целое, причем так, чтобы  наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Такой метод дает возможность очень существенно  расширить объем обрабатываемой с помощью компьютера информации.

Если процессор дополнить памятью, то такая система уже может  быть работоспособной. Ее существенным недостатком является невозможность  узнать что-либо о происходящем внутри такой системы. Для получения  информации о результатах, необходимо дополнить компьютер устройствами вывода, которые позволяют представить  их в доступной человеческому  восприятию форме. Наиболее распространенным устройством вывода является дисплей, способный быстро и оперативно отображать на своем экране как текстовую, так  и графическую информацию. Для  того чтобы получить копию результатов  на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер.

Наконец, поскольку пользователю часто  требуется вводить в компьютерную систему новую информацию, необходимы еще и устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности другого устройства ввода  – манипулятора мышь. Наконец, очень  эффективным современным устройством  для автоматического ввода информации в компьютер является сканнер, позволяющий  не просто преобразовать картинку с  листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст  и сохранить его в виде, пригодном  для редактирования в обычном  текстовом редакторе.

Теперь, когда мы знаем основные устройства компьютера и их функции, осталось выяснить, как они взаимодействуют  между собой. Для этого обратимся  к функциональной схеме современного компьютера, приведенной на рисунке.

Для связи основных устройств компьютера между собой используется специальная  информационная магистраль, обычно называемая инженерами шиной. Шина состоит из трех частей:

шина адреса, на которой устанавливается  адрес требуемой ячейки памяти или  устройства, с которым будет происходить  обмен информацией;

шина данных, по которой собственно и будет передана необходимая  информация; и, наконец,

шина управления, регулирующей этот процесс (например, один из сигналов на этой шине позволяет компьютеру различать  между собой адреса памяти и устройств  ввода/вывода).

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор  помещает на шину адреса требуемый  адрес и устанавливает необходимую  служебную информацию (операция –  чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает  содержимое необходимой ячейки и  помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее, но нас сейчас не интересуют технические  детали. Особо отметим, что обмен  по шине при определенных условиях и при наличии определенного  вспомогательного оборудования может  происходить и без непосредственного  участия процессора, например, между  устройством ввода и внутренней памятью.

Подчеркнем также, что описанная  нами функциональная схема на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может  содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей  и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться  в конкретной компьютерной системе  будет уже легче.

Магистральная структура позволяет  легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые  нужны для данного пользователя. Благодаря ей удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.

Внутреннее устройство:

После рассмотрения устройств ввода вывода , пришло время изучить внутреннее устройство компьютера, а именно составляющие элементы системного блока, комплектующие.  
 
Итак, в этой статье будет проведен краткий обзор всех комплектующих системного блока и внутреннее устройство компьютера в частности.

Внутреннее устройство компьютера

Теперь приступим к  изучению внутреннего устройства компьютера, начнем с обзора комплектующих.  
 
Корпус. Внешняя оболочка системного блока. В нем находиться все комплектующие ПК. Корпус снабжен системой охлаждения и вентиляции.  
 
Довольно важный элемент в устройстве компьютера. От него зависит качество установки и сборки компьютера. А от толщины стенок и системы охлаждения, зависит уровень шума и вибрации.  
 
Это надо учитывать, при выборе корпуса. Важно, чтобы все внутреннее устройство компьютера хорошо охлаждалось, и было надежно закреплено.  
 
Блок питания. Этот представитель внутреннего устройства компьютера, обычно идет в комплекте с корпусом. Задача, блока питания, обеспечить все внутренние элементы электричеством, нужного тока и напряжения.  
 
Чем, мощнее ваш компьютер, тем мощнее необходим блок питания, иначе ПК может даже не включиться.  
 
Материнская плата. Или системная плата, элемент внутреннего устройства компьютера, который объединяет все комплектующие между собой.  
 
Плата представляет собой большое количество разъемов, к которым подключаются все остальные комплектующие.  
 
Именно от материнской платы, зависит совместимость тех или иных комплектующих.  
 
Процессор. CPU (центральный процессор), обеспечивает главную обработку всей информации. Производительность во многом зависит от процессора.  
 
Именно этот элемент внутреннего устройства компьютера, отвечает за команды другим комплектующим ПК.  
 
Оперативная память. Она относиться к ОЗУ (оперативно запоминающие устройства), то есть эта память хранит информацию, пока она нужна компьютеру. Информация все время обновляется.  
 
От объема оперативной памяти зависит, то, какое количество информации компьютер способен держать в “уме”, а значит и быстродействие компьютера.  
 
Жесткий диск или винчестер. Относится к ПЗУ (постоянно запоминающие устройства). Этот элемент внутреннего устройства ПК, отвечает за постоянное хранение информации.  
 
Винчестер работает по принципу магнитных дисков. На него можно записывать файлы для постоянного хранения.  
 
Также к ПЗУ относятся и микросхемы памяти, расположенные на материнской плате, например BIOS. Эта информация необходима для работы компьютера.  
 
Видеокарта. Также составляет внутреннее устройство компьютера. Эта плата отвечает за вывод графической информации на устройство вывода, монитор, проектор и так далее.  
 
Важный элемент для современных видео игр. Так как они используют большое количество видео ресурсов, для обеспечения красивой и реалистичной графики.  
 
Это все обязательные элементы, которые составляют внутреннее устройство компьютера. Они есть в каждом ПК.

Установка и сборка компьютера

Итак, перед сборкой компьютера и установкой ПК, ознакомимся с комплектующими, которые не являются обязательными для работы компьютера, но предоставляют дополнительные функции, без которых трудно обойтись.  
 
В принципе, можно произвести установку компьютера и без дополнительных комплектующих, но при этом будет очень ограничена функциональность ПК. Кстати, с этим может справиться начинающий пользователь пк у себя дома.  
 
Так, что включим в сборку компьютера и эти элементы внутреннего устройства.  
 
А уже после, можно заняться установкой windows XP на компьютер .  
 
Внутреннее устройство компьютера, обзор дополнительных комплектующих.  
 
Звуковая карта. Является устройством вывода звукового сигнала на периферийные устройства вывода, акустические системы, наушники и так далее.  
 
Чаще всего, используется звуковая карта, встроенная в материнскую плату, но можно установить и отдельную.  
 
Сетевая плата. Используется для соединения компьютеров в локальную сеть. Чаще, интегрирована в материнскую плату.  
 
Дисковод и оптический привод. Необходим для взаимодействия компьютера с внешней информацией. По средствам дискет или дисков, можно заносить или выносить информацию.  
 
Внутренний модем. Является устройством ввода вывода, используется для соединения с Интернетом.  
 
Другие платы расширения. Сюда можно отнести ТВ-тюнер, который обеспечивает прием телевизионных каналов, различные контроллеры и тому подобное.  
 
В общем, все те внутренние устройства, которые расширяют функциональность компьютера.  
 
Из всех вышеперечисленных элементов, можно произвести сборку и установку компьютера.  
 
Также не нужно забывать и о системе охлаждения, она присутствует практически у каждого элемента внутреннего устройства компьютера.  
 
Система охлаждения может быть воздушной, в виде вентилятора, может быть в виде радиатора или тепловых трубок, также существует водяное охлаждение.  
 
 
 
 
Теперь, когда вы знаете внутренние устройство компьютера, можно самостоятельно производить сборку компьютера и установку ПК.

Теперь давайте  с вами рассмотрим внутреннее устройство компьютера. Независимо от различий в  способах физической реализации каждый компьютер фактически можно разделить  на шесть логических блоков или частей:

1. Входной блок. Это "воспринимающая" часть компьютера. Она получает информацию (данные или компьютерные программы) от различных устройств ввода и размещает ее в других устройствах для последующей обработки. Большая часть информации поступает сегодня через клавиатуру, подобную пишущей машинке, и устройство, называемое "мышью". В будущем, возможно, большая часть информации будет вводиться в компьютер с голоса.
2. Выходной блок. Эта часть компьютера выполняет роль "перевозчика". Она забирает информацию, которая была обработана компьютером, и размещает ее в различных выходных устройствах, чтобы сделать пригодной для использования вне компьютера. Большая часть выходной информации компьютера отображается сегодня на экране, печатается на бумаге или используется для управления другими устройствами.
3. Блок памяти. Это быстродоступная и относительно малоемкая часть компьютера, выполняющая роль "склада". Она хранит информацию, которая была введена через входной блок, и эта информация может стать доступной для обработки, как только это потребуется. Блок памяти хранит также информацию, которая уже обработана, до тех пор пока она не окажется размещенной в других устройствах выходным блоком. Блок памяти часто называют либо памятью, либо первичной памятью.
4. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Это "обрабатывающая" часть компьютера. Она отвечает за выполнение вычислений, таких, как сложение, вычитание, умножение и деление. Она содержит решающие механизмы, которые позволяют компьютеру, например, сравнивать два элемента из блока памяти, чтобы определить, равны они или нет.
5. Центральное процессорное устройство (ЦПУ). Это "административная" часть компьютера. Она координирует работу компьютера и осуществляет надзор за работой всех других частей. ЦПУ указывает входному блоку, когда информация должна быть считана в блок памяти, указывает АЛУ, когда информация из памяти должна быть использована в вычислениях, и указывает выходному блоку, когда послать информацию из блока памяти на определенное выходное устройство.
6. Блок вспомогательных запоминающих устройств. Эта часть является "складом" высокой емкости для долгосрочного хранения информации. Программы или данные, не используемые активно другими блоками, обычно располагаются во вспомогательных запоминающих устройствах (таких, как диски) до тех пор, пока они снова не потребуются, возможно, спустя дни, месяцы и даже годы. Доступ к этой информации гораздо более медленный, чем к информации в первичной памяти. В то же время стоимость единицы памяти во вспомогательных запоминающих устройствах много меньше, чем в первичной памяти.