Системна магістраль — це сукупність шин для обміну даними, адресами та керуючими сигналами між центральними і зовнішніми пристроями. Кожна шина —mце деяка кількість паралельних ліній (вона визначає розрядність шини), по яких у вигляді електричних сигналів передається інформація від одного пристрою до іншого.
Інтерфейсні блоки використовуються для узгодження роботи центральних та зовнішніх пристроїв. Вони виконують перетворення сигналів, які передаються через системну магістраль, у сигнали, що забезпечують роботу відповідного зовнішнього пристрою, здійснюють буферизацію даних. Технічною реалізацією інтерфейсних блоків є контролери, адаптери, відеоплати, синтезатори звуку тощо.
До основних зовнішніх пристроїв належать:
1) клавіатура — пристрій для введення символьної інформації;
2) монітор — пристрій для відображення на екрані текстової та графічної інформації.
Монітори бувають монохромні та кольорові. Основні характеристики моніторів:
— параметри текстових режимів роботи (кількість символів у рядку та кількість рядків);
— параметри графічних режимів (роздільна здатність, глибина кольору — кількість бітів, необхідна для запам'ятовування коду кольору однієї точки);
— розміри по діагоналі;
3) ручний маніпулятор «миша» — для вибору тих чи інших параметрів,
режимів роботи, команд програм та для керування роботою рухомих об'єктів
на екрані монітора;
4) накопичувачі на гнучких магнітних дисках (дисководи) — для читання та запису даних на дискети;
5) накопичувачі на жорстких магнітних дисках (вінчестери) — для читаНт ня та запису інформації на жорсткі магнітні диски;
6) СD-RОМ—пристрій для читання інформації з компакт-дисків (оптичних дисків);
7) принтер — пристрій для роздруковування інформації на папері (часом на інших носіях). За принципом роботи розрізняють матричні, струменеві та лазерні принтери. До основних характеристик принтерів відносять швидкість друку (кількість надрукованих аркушів за 1 хвилину) та роздільну здатність (кількість відбитих точок на відрізку завдовжки 1 дюйм);
8) сканер — пристрій для отримання електронних копій текстових та графічних документів;
9) плотер — пристрій для побудови графічних зображень на папері;
10)стример — пристрій для збереження інформації на магнітних стрічках;
11)модем — пристрій для підключення комп'ютерів до мереж.
3 Магістрально-модульний принцип будови ПК
Конструктивною особливістю будови сучасних комп'ютерів є те, що вони складаються з окремих модулів, кожен з яких має своє функціональне призначення. Модулі — це логічної конструктивно завершені пристрої, Які виконують певні функції в обчислювальному процесі. Будова комп'ютерів на основі модульного принципу дозволяє, в міру необхідності, підключати додаткові пристрої або робити заміну існуючих на більш досконалі. Таким чином, можна нарощувати обчислювальну потужність комп'ютерів, змінювати апаратну конфігурацію системи, пристосовувати її до конкретних умов використання та потреб користувача. Для сучасних комп'ютерів стандартизована номенклатура периферійних пристроїв, конструктивні рішення багатьох вузлів, блоків і модулів, вироблено формалізовані вимоги до інтерфейсних блоків, які використовуються для узгодження роботи різних модулів.
Обмін інформацією (даними) між окремими пристроями (модулями) ПК здійснюється через системну магістраль. Системна магістраль — це три ба-гаторозрядні шини (багатопровідні лінії зв'язку): шина даних, шина адрес, шина управління. Шина — це сукупність паралельних ліній, по яких на основі спеціальних алгоритмів передається інформація від одного модуля комп'ютера до іншого за допомогою електричних сигналів.
Шина даних — це двонаправлена шина, розрядність якої складає 16, 32, 64 біти. Вибір пристрою (модуля) для обміну даними здійснює центральний процесор (мікропроцесор). Він формує код пристрою або адресу чарунки пам'яті. Цей код передається по адресній шині, яка є однонаправленою (код адреси поступає по ній від процесора до відповідного модуля). Шини адрес є 16, 20, 24, 32, 36-розрядиі, тобто, по шині адрес можна одночасно передавати 16,20, 24, 32, 36 бітів інформації. У наш час використовують, в основному, 32-х та 36-тирозрядні (бітні) шини адрес. За вказаною адресою зчитуються дані з обраного процесором пристрою (модуля) і передаються на інший пристрій (модуль). Процес обміну даними між пам'яттю та зовнішніми пристроями називається введенням/виведенням. Для передачі керуючих сигналів служить шина керування. По ній передаються сигнали, які визначають характер обміну (введення чи виведення), і сигнали, що синхронізують взаємодію пристроїв, які беруть участь в обміні інформацією (даними).
Підключення окремих модулів ПК до магістралі на фізичному рівні здшснюється за допомогою інтерфейсних блоків (контролерів, адаптерів і т. д.), а на програмному рівні — за допомогою спеціальних службових програм — драйверів.
Таким чином, магістрально-модульний принцип будови комп 'ютерів полягає в тому, що іх окремими апаратними складовими є модулі, обмін інформацією між якими здійснюється через системну магістраль.
4 Принцип програмного керування. Принцип довільного доступу (принцип адресності) та збережуваної програми
Структурна організація та робота комп'ютера базується на принципах Джона фон Неймана (угорського математика*! фізика), який виклав їх у 1946 році. Основними серед них є принцип програмного управління та принцип адресності.
Принцип адресності полягає в тому, що доступ до кожної чарунки пам'яті процесор обчислювальної машини може здійснювати за допомогою адреси відповідної чарунки. В оперативній пам'яті у вигляді двійкових кодів зберігаються як дані, так і програми, за допомогою яких ці дані опрацьовуються. При цьому інформація, що зберігається в оперативній пам'яті, не має ознак належності до певного типу. Одні і ті ж двійкові коди можна інтерпретувати як команди програми і як коди даних.
Комп'ютер — це технічний пристрій. Для того, щоб він виконував певні дії, потрібно здійснювати керівництво його роботою, яке реалізується на програмному рівні. Усі етапи обчислювального процесу на комп'ютерах є програмно-керованими.
Пояснимо, як відбувається процес виконання програм на ПК. Перед виконанням будь-яка програма завантажується в оперативну пам'ять. Під час запуску програми на виконання адреса першої команди поміщається в лічильник команд мікропроцесора. За цією адресою мікропроцесор зчитує першу команду програми і поміщає її в регістр команд. Отримавши код команди, мікропроцесор виконує її. Якщо команда, що поступила, стосується виконання арифметичних та логічних операцій, то її виконує АЛП. Операнди для цих операцій попередньо заносяться в регістри МП; у регістрах зберігаються і результати виконання операцій, які потім переміщуються в чарунки ОП згідно із вказаними в команді адресами або передаються через системну магістраль на зовнішній пристрій. Для виконання команди зовнішнім пристроєм (наприклад, виведення символу на екран монітора) пристрій керування МП утворює послідовність керуючих сигналів, які через системну магістраль передаються на вхід відповідного зовнішнього пристрою і керують його роботою так, щоб забезпечити виконання команди. Після виконання чергової команди в лічильник команд поміщається адреса наступної команди і МП, зчитавши двійковий код команди, приступає до її виконання. Так команда за командою виконуються програми.
У такий спосіб здійснюється принцип програмного керування роботою комп'ютерів на основі програми, яка зберігається в ОП. Цей принцип грунтується на двійковому поданні команд і даних та збереженні їх в ієрархічно організованій пам'яті, виконанні всіх операцій в єдиному АЛП. Реалізація цього принципу забезпечує автоматизацію обчислювального процесу.
5 Центральний процесор (мікропроцесор) ПК та його функції
Мікропроцесор (МП) — це програмно-керований електронний цифровий пристрій, призначений для обробки різної інформації, що подається в числових. кодах і функціонує на базі мікросхеми. Слова «програмно-керований» означають, що МП працює, виконуючи деяку програму, яка зберігається окремо в оперативній пам'яті. МП — це головна апаратна складова комп'ютера. Його характеристики (тактова частота, розрядність, об'єм адресного простору), набір виконуваних команд визначають характеристики всього комп'ютера.
МП виконує наступні функції:
— керує та координує роботу. всіх інших пристроїв комп'ютера;
— здійснює читання кодів команд і даних для опрацювання з основної пам'яті;
— здійснює декодування команд;
— виконує арифметико-логічні та інші операції, які вказують у командах;
— керує передачею даних між МП та оперативною пам'яттю, а також опрацьовує сигнали, які поступають від зовнішніх пристроїв.
Складовими частинами МП є регістри, пристрій керування та арифмети-ко-логічний пристрій.
Пристрій керування призначений для аналізу команд та забезпечення їх виконання, а також для керування роботою всіх апаратних компонентів комп'ютера та організації їх взаємодії між собою. Керування здійснюється за допомогою електричних сигналів, що пересилаються на відповідні зовнішні пристрої через системну магістраль. Крім того, пристрій керування може отримувати сигнали від зовнішніх пристроїв. Фізично пристрій керування — електронна схема, на вхід якої подаються коди команд, які потрібно виконати, а на виході отримуються керуючі сигнали, що забезпечують виконання команд програми.
Важливою функцією пристрою керування є реалізація механізму переривань. Переривання — це подія, що вимагає уваги. Саме завдяки перериванням комп'ютер може своєчасно реагувати на зовнішні події. Існує 256 різних видів переривань, які можуть перервати роботу МП над програмою, що виконується, і спрямувати його на виконання іншої програми. Адресу цієї програми процесор знаходить у спеціальній області пам'яті — векторі переривань.
Переривання можуть приходити від клавіатури, миші, дисководів і багатьох інших пристроїв. І завжди за номером переривання процесор знає, куди звернутися, щоб знайти адреси програми, яка обслуговує даний пристрій. Нові сигнали переривань можуть викликати тимчасове припинення (призупинку) програми, що опрацьовує попереднє переривання. Так у неперервному опрацюваннi переривань і відбувається робота процесора. Завдяки системі переривань процесор завжди готовий до виконання нових команд. Будь-який пристрій працює з процесором, використовуючи одне із переривань.
Арифметико-логічний пристрій призначений для виконання арифметичних та логічних операцій,'які задаються кодами виконуваних команд. Основою арифметико-логічного пристрою є операційний блок, який може налаштовуватися на різні операції та виконувати їх. Настройка операційного блоку на конкретну операцію і забезпечення її покрокового виконання здійснюється за допомогою керуючих сигналів пристрою керування.
Регістри служать для тимчасового зберігання інформації у формі двійкових кодів. Регістри — це внутрішні ділянки пам'яті МП. У них зберігаються адреси команд, що виконуються, коди команд, значення операндів перед виконанням операцій та значення результатів обчислень, виконаних арифметико-логічним пристроєм тощо. Регістри складаються з ряду тригерів — елементів, які можуть знаходитися в одному із двох станів. Один із цих станів відповідає запам'ятовуванню двійкового нуля, а другий — одиниці. Кількість тригерів у регістрах визначає розрядність МП.
Основними характеристиками МП є швидкодія, розрядність та обсяг адресованої пам 'яті.
Швидкодія МП тісно пов'язана з його тактовою частотою, визначається в мільйонах герців (МГц). Цей зв'язок можна визначити за формулою
де
— тактова частота процесора в МГц, к — кількість тактів, потрібних для виконання заданої дії. Це досить спрощена формула. На практиці є різні спо-соби-тести визначення швидкодії процесора в мільйонах інструкцій за одну секунду (МІРS).
Розрядність — це кількість бітів (двійкових розрядів), які може одночасно (паралельно) опрацьовувати МП. Сучасні МП працюють з 32-х та 64-хбітними кодами.
Обсяг адресованої пам'яті — це обсяг інформації в байтах, з якою може працювати МП. Для сучасних МП він становить 64 Гб (це значно більше, ніж обсяг внутрішньої пам'яті найпотужніших ПК).
6 Зовнішня пам'ять ПК
Зовнішня пам'ять комп'ютера призначена для довготривалого зберігання програм і даних. Інформація в зовнішній пам'яті зберігається після вимикання ПК. Зовнішня пам'ять у сучасних умовах, як правило, фіксується на дисках та магнітних стрічках (рис. 3). Для роботи з ними використовують відповідні накопичувачі. Диски поділяють на магнітні та оптичні (компакт-диски). Магнітні диски бувають гнучкі (дискети, флоппі-диски), жорсткі (вінчестери) та з'ємні.
|
|
| |
| |||
Магнітні диски | Магнітні стрічки | Оптичні диски | Зємні диски |
Рис. 3
Для зберігання інформації на дискетах використовують накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД; англомовний термін FDD . Дискета — це гнучка кругла пластина, на обидві сторони якої напилена магнітна речовина. Всередині пластини міститься отвір, за край якого механізм дисковода захоплює дискету і прокручує її всередині картриджа (упаковки для дискети). Картридж містить проріз (щілину), через яку головки читання-запису здійснюють доступ до магнітних поверхонь. Сьогодні використовують дискети діаметром 3,5" (89 мм).
Перед використанням кожна дискета форматується: обидві її поверхні на магнітному рівні розбиваються на доріжки (треки), які мають вигляд концентричних кіл; кожна доріжка радіальними лініями розбивається на сектори. У кожен сектор поміщається 512 байтів інформації. Сектори нумеруються числами, розпочинаючи з нуля. Тому з логічної точки зору можна уявити, що дискова пам'ять — це лінійна послідовність секторів. Вздовж кожного сектора виділяються елементарні ділянки, які можуть знаходитися у стані «намагнічено» або «розмагнічено», що відповідає збереженню двійкових значень 1 або 0 відповідно. Оскільки інформація будь-якого виду зберігається у вигляді число-вих кодів, то зрозумілим стає принцип фізичного запису цих кодів у двійковому ] представленні на поверхні магнітного диска.
Дискети характеризуються густиною напилення магнітної речовини. У наш час використовують дискети типу ІШ (Ні§Ь Оепзігу) — з високою густиною запису. їх ємність складає 1,44 М б.
Для прикладу відзначимо, що дискета типу HD) діаметром 3,5" на кожній стороні містить 80 доріжок по 18 секторів на кожній з них. Спеціального типу дискети можуть містити сотні мегабайтів інформації Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД; англомовний термін HDD) служать для роботи з дисками, які на практиці називають вінчестерами. Вінчестер — це деяка кількість твердих круглих пластин, які кріпляться на одному стержні і поміщаються в герметичний корпус. Для кожної магнітної сторони вінчестера використовується своя головка читання/ запису. Магнітні поверхні вінчестера форматуються і запис інформації на них здійснюється так само, як і на звичайні дискети. Але вінчестери мають значно більші об'єми пам'яті порівняно з дискетами. Перші вінчестери вміщали 10 Мб, пам'ять сучасних вінчестерів вимірюється гігабайтами.
Останнім часом у зв'язку з появою мультимедійних програм та необхідністю поширювати значні об'єми інформації великою популярністю користуються компакт-диски, які вміщують, у більшості випадків, 650 Мб інформації і мають діаметр 5,25". Приводи для них мають назву СD-RОМ і призначені лише для читання інформації. Компакт-диски виготовляють у вигляді круглої алюмінієвої пластини, на одній стороні якої спеціальною пресформою витиснуті мікроскопічні заглибини. Для захисту від ушкоджень пластина має прозоре пластико в е покриття. Читання інформації здійснюється за допомогою лазерного променя, який відбивається або не відбивається залежно від того, яка ділянка підсвічується: заглибина чи горбинка. Відбитий промінь потрапляє на світлочутливий пристрій, який фіксує наявність відбитого променя чи його відсутність. У такий спосіб зчитуються двійкові значення 1 або 0. Існують також CD-R диски (оптичні диски, на які можна здійснювати одноразовий запис) та СD-RW диски (оптичні диски, на які можна здійснювати багаторазовий запис). Для запису інформації на СD-R та СD-RW диски використовують спеціальний пристрій СD Writer.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
