Предмет и задачи информатики

 

 

 

Лекция №3.. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ .

 

Состав аппаратных средств. Компьютер. Магистрально-модульный  принцип построения. Понятие архитектуры. Структура компьютеров, назначение основных узлов.

Состав аппаратных средств.

Базовая аппаратная конфигурация. Аппаратное обеспечение. Состояние  и тенденции развития программного обеспечения. Основные характеристики, классификации программных продуктов.

ПК – универсальная  техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко  изменять по мере необходимости. Тем  не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматриваются четыре устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Состав вычислительной системы

Состав ВС называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства ВТ принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию ВС и их программную конфигурацию.

К аппаратному обеспечению ВС относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства. (ЦПУ – Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства.

Внешними, как правило, является большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между  отдельными узлами и блоками выполняют  с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами.

Стандарты на аппаратные интерфейсы в ВТ называют протоколами. Таким образом, протокол – это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой  ВС, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные.

Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный – одновременно группами битов. Например: восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, тем последовательнее, но обеспечивают более высокую производительность.

Их применяют там, где  важна скорость передачи данных: для  подключения печатающих устройств, устройств ввода графической  информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п.

Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с, Кбайт/с, Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще, как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (асинхронный интерфейс), но пропускная способность их меньше и КПД ниже, т. к. из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, т. е. на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита.

Поскольку обмен данными  через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

В крайнем случае, с  поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств  выражают в знаках в секунду или в символах в секунду (с/с) и имеет справочный, потребительский характер.

Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных»  устройств (простых устройств печати низкого качества, устройств ввода  и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (цифровые фотокамеры).

 

Компьютер — это универсальное (многофункциональное) электронное автоматическое устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации. Основные блоки компьютера: процессор, память, периферийные устройства,

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально  модульный принцип (рис.1).

 Магистраль (системная шина) — это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу построения потребитель сам может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации и производить при необходимости ее модернизацию. 

 

Системный блок Процессор                                   Оперативная память

М а г и с т р а л  ь

Периферийные (внешние) устройства НГМД   НЖМД   Дисплей     Клавиатура     Принтер    Мышь    Сканер

Рис.1

Конструктивно составные  части системного блока и магистраль располагаются на системной плате. Большая часть компьютеров имеет  системные платы, которые содержат лишь основные узлы, а элементы связи, например, с приводами накопителей, дисплеем и другими периферийными информации, передаваемых по шине параллельно.

Данные по шине данных могут передаваться от процессора к  какому-либо устройству, или наоборот, от устройства к процессору, то есть шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием устройствами на ней отсутствуют. В таком случае эти отсутствующие элементы располагаются на отдельных печатных платах, которые вставляются в специальные разъемы расширения, предусмотренные для этого на системной плате. Эти дополнительные платы называют дочерними, а системную плату — материнской.

Функциональные устройства, выполненные на дочерних платах, часто называют контроллерами или адаптерами, а сами дочерние платы — платами расширения. Таким образом, подключение отдельных модулей компьютера к магистрали, находящейся непосредственно на материнской плате, на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и правильно отреагировать на него. За его выполнение процессор не отвечает, отвечает лишь соответствующий контроллер, поэтому периферийные устройства компьютера заменяемы и набор таких модулей произволен. Большая часть периферийных устройств подсоединяется очень просто — снаружи, через разъемы на корпусе системного блока к выходам соответствующих контроллеров — портам (периферийные устройства еще называются внешними, так как осуществляют связь ЭВМ с «внешним миром»).

Модульная организация  системы опирается на магистральный (щинный) принцип обмена информации. Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств.

Обмен информацией между  отдельными устройствами компьютера производится по образующим магистраль трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули — шине данных, шине адресов, шине управления. Разрядность шины определяется количеством битов шины передачи данных можно отнести:

• запись/чтение данных из оперативной памяти (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ);
• запись/чтение данных из внешних запоминающих устройств (ВЗУ);
• чтение данных с устройств ввода;
• пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, формируя код адреса данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к устройствам (однонаправленная шина).

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

2. Процессор компьютера. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.)

Процессор — это центральное устройство компьютера. Он выполняет находящиеся в оперативной памяти команды программы и «общается» с внешними устройствами благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенными на специальные контакты корпуса микросхемы.

К обязательным компонентам процессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ). Выполнение процессором команды предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную), перемещение данных из одного места памяти в другое и координацию взаимодействия различных устройств ЭВМ. Выделяют четыре этапа обработки команды процессором: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. В ряде случаев, пока первая команда выполняется вторая может декодироваться, а третья выбираться.

У компьютеров четвертого поколения  функции центрального процессора выполняет микропроцессор (МП) — сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 0,1 см².

Знание модели МП, установленного на системной плате компьютера, позволяет судить, к какому классу оборудования принадлежит компьютер. Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:

• тактовой частотой обработки информации;
• разрядностью;
• интерфейсом с системной шиной;
• адресным пространством (адресацией памяти).

Разрядность процессора. Это число одновременно обрабатываемых процессором битов, то есть количество внутренних битовых (двоичных) разрядов — важнейший фактор производительности МП. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

Адресное пространство (адресация памяти). Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства, а для ОЗУ — адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором оперативной памяти называется его адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса. Действительно, пусть N — разрядность адресной шины, тогда количество различных двоичных чисел, которые можно по ней передать, равно 2^. Известно, что число, передаваемое по адресной шине при обращении процессора к оперативной памяти, есть адрес ячейки ОЗУ (ее порядковый номер). Значит, 2^м — это количество ячеек оперативной памяти, к которым, используя адресную шину, может обратиться (адресоваться) процессор, то есть 2^м — объем адресного пространства процессора. Следовательно, при 16-, 20-, 24- или 32-разрядной шине адреса создается адресное пространство соответственно 2¹⁶ = 64 Кбайта, 2²⁰ = 1 Мбайт, 2²⁴ = 16 Мбайт, 2³² = 4 Гбайта. Поэтому разрядность процессора часто уточняют, записывая, например, для 180386 — 32/32, что означает: МП имеет 32-разрядную шину Данных и 32-разрядную шину адреса, то есть одновременно обрабатывает 32 бита информации, а объем адресного пространства микропроцессора составляет 2³² == 4 Гбайта.

 

Основная литература: [1] – 1-638 c, [2] 1- 432 c.

Дополнительная  литература: [3] – c, [4] – c, [5] – c.

Контрольные вопросы:

1. Что называют архитектурой компьютера?

2. В чем смысл модульного принципа организации современной ЭВМ?

3. Что такое магистраль?

4. Какова функция процессора при работе компьютера?

5. Как происходит выбор абонента для обмена данными?

6. Какова роль шины управления ?

7. Какие основные блоки входят в состав компьютера?

8. Почему возможен модульный принцип построения компьютера?

 

Лекция №4, 5 СОСТАВ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ  СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ .

 

Периферийные  устройства.  Принципы хранения информации. Организация и основные характеристики памяти компьютера. Оперативная память.  Команды MS DOS.

 

Периферийные устройства.  Периферийные    устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру.  

Курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).  

Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.  

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

• Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати, приемлемое, в основном, для домашних целей.
• Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти «образ» страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.
• Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.