Domov › Telefon › Funkční a strukturální organizace osobního počítače. Abstrakt: „Současný stav, konstrukční a funkční organizace a perspektivy rozvoje stolních PC Funkční struktura moderního počítače

Funkční a strukturální organizace osobního počítače. Abstrakt: „Současný stav, konstrukční a funkční organizace a perspektivy rozvoje stolních PC Funkční struktura moderního počítače

Procesor, nebo úplněji mikroprocesor, a také často nazývaný CPU (centrální procesorová jednotka) je ústřední součástí počítače. Toto je mysl, která přímo nebo nepřímo řídí vše, co se děje uvnitř počítače. Když von Neumann poprvé navrhl ukládání sekvencí instrukcí, nazývaných programy, do stejné paměti jako data, byl to skutečně inovativní nápad. To bylo zveřejněno v „První návrh zprávy o EDVAC“ v roce 1945. Tato zpráva popisuje počítač jako sestávající ze čtyř hlavních částí: centrální aritmetické jednotky, centrální řídicí jednotky, paměti a vstupních/výstupních zařízení. Dnes, o více než půl století později, mají téměř všechny procesory von Neumannovu architekturu.

Procesor je na první pohled jednoduše křemíkový krystal vypěstovaný speciální technologií (ne nadarmo se mu také říká „kámen“). Tento oblázek však obsahuje mnoho jednotlivých prvků - tranzistorů, které dohromady dávají počítači schopnost „myslet“. Přesněji řečeno, vypočítat provedením určitých matematických operací s čísly, do kterých se transformují jakékoli informace vstupující do počítače. V každém mikroprocesoru je mnoho milionů takových tranzistorů.

Dnešní procesor není jen sbírka tranzistorů, ale celý systém mnoha důležitých zařízení. Na jakémkoli procesorovém čipu jsou:

Procesor je ve skutečnosti hlavním výpočetním zařízením, které se skládá z milionů logických prvků - tranzistorů.

Koprocesor je speciální jednotka pro operace s pohyblivou řádovou čárkou. Používá se pro zvláště přesné a složité výpočty a také pro práci s řadou grafických programů.

Mezipaměť úrovně 1 je malá (několik desítek kilobajtů) ultrarychlá paměť určená k ukládání mezivýsledků výpočtů.

Mezipaměť úrovně 2 – tato paměť je trochu pomalejší, ale větší – od 128 KB do 2048 KB.

Všechna tato zařízení jsou umístěna na čipu o ploše ne větší než 4-6 centimetrů čtverečních. Pouze pod mikroskopem můžete vidět drobné prvky, které tvoří mikroprocesor, a kovové „dráhy“ je spojující (dříve se k jejich výrobě používal hliník, nyní byl nahrazen mědí). Jejich velikost je úžasná – desetiny mikronu! V dnešní době se většina procesorů vyrábí pomocí 0,09mikronové technologie. To ale není to nejdůležitější. Existují pro nás další, mnohem důležitější vlastnosti procesoru, které přímo souvisí s možnostmi a rychlostí provozu.

Hlavní funkční součásti procesoru

Jádro: Srdcem moderního procesoru je prováděcí jednotka. Moderní procesor má dvě paralelní celočíselná vlákna, která umožňují současné čtení, interpretaci, provádění a odesílání dvou instrukcí.

Prediktor větvení: Prediktor větvení se snaží uhodnout, jaká sekvence bude provedena pokaždé, když program obsahuje podmíněné větvení, takže prefetchery a dekodéry obdrží předem připravené instrukce.

Blok s plovoucí desetinnou čárkou. Třetí prováděcí modul uvnitř procesoru, který provádí neceločíselné výpočty

Primární mezipaměť: Pentium má dvě 8kb mezipaměti na čipu, každou pro data a instrukce, které jsou mnohem rychlejší než větší externí sekundární mezipaměť.

Rozhraní sběrnice: Přijímá směs kódu a dat do CPU, odděluje je, dokud nejsou připraveny k použití, a znovu je spojuje, aby je odeslal.

Všechny prvky procesoru jsou synchronizovány pomocí frekvence hodin, která určuje rychlost operací. Úplně první procesory pracovaly na frekvenci 100 kHz, dnes je průměrná frekvence procesoru 200 MHz, jinými slovy, hodiny tikají 200 milionůkrát za sekundu a každé tiknutí znamená provedení mnoha akcí. Command Counter (PC) je interní ukazatel obsahující adresu další instrukce, která má být provedena. Když nastane čas pro provedení, řídicí modul umístí instrukci z paměti do registru instrukcí (IR). Současně je zvýšen programový čítač tak, aby ukazoval na následující instrukci a procesor provede instrukci v IR. Některé instrukce řídí samotnou řídicí jednotku, takže pokud instrukce říká „jdi na adresu 2749“, do programového čítače se zapíše hodnota 2749, takže procesor tuto instrukci vykoná jako další.

Mnoho instrukcí používá aritmetickou logickou jednotku (ALU), která pracuje ve spojení s obecnými registry – dočasným úložným prostorem, který může načítat a uvolňovat data z paměti. Typickou instrukcí ALU by bylo přidání obsahu paměťového místa do registru pro všeobecné použití. ALU také nastavuje bity stavového registru (SR) při provádění instrukcí pro uložení informací o jejich výsledku. Například SR má bity označující nulu, přetečení, přenos atd. Řídicí modul používá informace v SR k provádění podmíněných operací, jako je "přejděte na adresu 7410, pokud provedení předchozí instrukce způsobilo přetečení."

To je téměř vše pro nejobecnější příběh o procesorech – téměř jakoukoli operaci lze provést pomocí sekvence jednoduchých instrukcí, jako jsou ty popsané. Většina procesorů dnes používá pipelining, což je spíše tovární montážní linka. Jedna fáze vlákna je věnována každému kroku potřebnému k dokončení instrukce a každá fáze předá instrukci další, když dokončí svou část. To znamená, že v každém daném okamžiku je načtena jedna instrukce, další je dekódována, data jsou doručena pro třetí, provedena čtvrtá a je zapsán výsledek pro pátou. Se současnou technologií lze dosáhnout jednoho pokynu na zaškrtnutí.

Navíc mnoho procesorů má nyní superskalární architekturu. To znamená, že obvody každého stupně vlákna jsou duplikovány, takže mnoho instrukcí lze přenášet paralelně.

To, co odlišuje mikroprocesor od svých předchůdců, zkonstruovaných z lamp, jednotlivých tranzistorů, malých integrovaných obvodů, jak tomu bylo zpočátku, od kompletního procesoru na jediném křemíkovém čipu.

Křemík neboli silikon je hlavním materiálem, ze kterého se čipy vyrábí. Jedná se o polovodič, který se po implantaci aditiv do speciální masky stává tranzistorem, hlavním stavebním kamenem digitálních obvodů. Proces zahrnuje leptání tranzistorů, rezistorů, protínajících se drah a tak dále na povrch křemíku.

Nejprve se vypěstuje pazourek. Musí mít krystalovou strukturu bez defektů, tento aspekt omezuje jeho velikost. V dřívějších dobách byly polotovary omezeny na průměr 2 palce, ale nyní jsou běžné 8 palců. V další fázi se polotovar rozřeže na vrstvy zvané wafery. Jsou leštěné do bezchybného zrcadlového lesku. Čip je vytvořen na tomto plátku. Typicky je mnoho procesorů vyrobeno z jednoho waferu.

Elektrický obvod se skládá z různých materiálů. Například oxid křemičitý je izolátor, vodivé cesty jsou vyrobeny z polysilikonu. Když se objeví odkrytý plátek, je bombardován ionty, aby se vytvořily tranzistory – tomu se říká doping.

Pro vytvoření všech požadovaných dílů se na celý povrch desky přidají vrstvy a přebytečné díly se opět vyleptají. K tomu je nová vrstva pokryta fotorezistorem, na který se promítá obraz požadovaných částí. Po expozici se vyvoláním odstraní ty části fotorezistoru, které jsou vystaveny světlu, a zůstane maska, přes kterou probíhalo leptání. Zbývající fotorezistor se odstraní rozpouštědlem.

Když mluvíme o rychlosti procesoru, máme na mysli jeho takt. Tato hodnota, měřená v megahertzích (MHz), ukazuje, kolik instrukcí může procesor provést za sekundu. Taktovací frekvence je označena číslem v názvu procesoru (například Pentium 4-2400, tedy procesor generace Pentium 4 s taktovací frekvencí 2400 MHz nebo 2,4 GHz).

Takt je bezpochyby nejdůležitějším ukazatelem rychlosti procesoru. Ale zdaleka ne jediný.

Systémová sběrnice (FSB = Front Side Bus nebo System Bus) slouží k propojení procesoru se zbytkem počítače. Systémová sběrnice je základem pro generování frekvence dalších počítačových datových sběrnic - AGP, paměti, PCI, násobením určitým koeficientem.

Moderní procesory pracují rychleji než paměť Čím je paměť pomalejší, tím více z ní procesor čeká na nová data a nic nedělá. Vyrovnávací paměť obsahuje strojová slova (můžete je nazývat data), která jsou procesorem nejčastěji využívána. Pokud potřebuje slovo, nejprve přistoupí k vyrovnávací paměti. Existuje princip lokalizace, podle kterého se spolu s aktuálně požadovaným slovem načtou do mezipaměti i slova k němu přiléhající, protože je velká pravděpodobnost, že budou v blízké budoucnosti také potřeba. V moderních stolních procesorech existují dvě úrovně mezipaměti (pro servery existují také procesory s třetí úrovní vyrovnávací paměti). Mezipaměť první úrovně (úroveň 1 = L1) je obvykle rozdělena na polovinu, polovina je věnována datům a druhá polovina instrukcím. Mezipaměť druhé úrovně (Level 2 = L2) je určena pouze pro data. Šířka pásma RAM je samozřejmě vysoká, ale mezipaměť pracuje několikrát rychleji. Starší procesory měly L2 cache čipy na základní desce. Rychlost mezipaměti byla celkem nízká (rovnala se frekvenci FSB), ale stačila. V nejnovějších procesorech je za účelem zvýšení výkonu, zjednodušení a zlevnění výroby L2 cache integrována do jádra a pracuje na své plné frekvenci. Čím větší cache, tím lépe, ale na druhou stranu, jak se cache zvětšuje, prodlužuje se doba potřebná k načtení (vyhledání a načtení) dat z ní. Přestože zvýšení mezipaměti L2, navzdory tomu téměř vždy vede ke zvýšení rychlosti.

Jádrem je samotný procesorový čip, část, která je přímo „procesorem“. Samotný krystal v moderních modelech je malých rozměrů a rozměry hotového procesoru se velmi zvětšují díky jeho balení a zapojení. Krystal procesoru je vidět například u procesorů Athlon v nich není uzavřený. U P4 je celá horní část skryta pod tepelným rozptylovačem (který plní i ochrannou funkci

Form factor je typ procesoru, jeho „vzhled“ a způsob připojení k základní desce.

Všechny prvky procesoru jsou zpravidla umístěny na stejném silikonovém čipu a mají čtvercový tvar (typ konektoru „Socket“). Obdélníkové tělo s kontaktními nohami vyčnívajícími z něj.

Procesory mají různé konektory kvůli zásadním konstrukčním rozdílům (počet tranzistorů, architektura atd.). Dosud existovaly pouze dva zásadně odlišné typy konektorů – Slot a Socket. Podle Intelu (ale když se podíváte na Pentium Pro, je vše jasné) byl Slot 1 použit pouze kvůli nutnosti umístit mezipaměť blíže k jádru a s největší pravděpodobností nebude znovu použit. Socket se stále vyvíjí - počet kontaktů roste a roste (pokud lze nárůst počtu kontaktů považovat za rozvoj)

Násobící faktor (Frequency Ratio / Multiplier) je číslo, kterým se vynásobí frekvence systémové sběrnice, výsledkem je pracovní frekvence procesoru. Uzamčený faktor znamená, že procesor vždy vynásobí systémovou sběrnici stejným číslem. To znamená, že přetaktování bez zvýšení frekvence sběrnice je pro takový procesor nemožné.

Zobecněné blokové schéma procesoru.

Schéma se skládá z:

GR – obecný registr

ALU – aritmetická logická jednotka

A – akumulátorový registr

RB – buffer registr

F – rejstřík vlajek (znaků)

IP – ukazatel instrukcí (počítadlo programů)

RI (IR) – příkazový registr

DC – příkazový dekodér

CU – řídící jednotka

IB – vnitřní společný kmen

FB – zařízení rozhraní s externí sběrnicí.

Operační kód jde do příkazového registru, poté do dekodéru a do řídicího zařízení.

Do registru příznaků se zapíše následující:

1) C – přenášení (přetečení)

2) Z (příznak) – z=1, pokud je výsledek 0, z=0, pokud výsledek není 0.

3) S – příznak označující pozitivní nebo negativní výsledek (pozitivní – s=0, negativní – s=1)

4) P – příznak parity (sudý nebo lichý počet jedniček v operandu)

р=1 – sudý počet jednotek; p=0 – lichý počet jednotek;

Při provádění aritmetických a logických operací jsou vždy generovány příznaky.

Příznaky pomáhají organizovat větvení programu.

Hlavní rysy organizace moderních mikroprocesorů a mikropočítačů jsou:

A) Modulární struktura, ve které jsou moduly funkčně kompletní zařízení

B) Páteřní organizace spojení mezi moduly, ve které jsou společné sběrnice využívány různými moduly

B) Mikroprogramové ovládání

D) Adresování bajtové paměti a zpracování bajtových dat

D) Použití vnitřních superoperačních registrů.

Strukturu lze rozdělit do tří hlavních částí: centrální procesor, řídicí jednotka a paměť mikroprogramu pouze pro čtení. Centrální procesor obsahuje ALU, paměť s náhodným přístupem ve formě softwarových obecných registrů a funkční registry – příkaz, index, adresa, ukazatel zásobníku a čítač programu. ALU se skládá z binární sčítačky, posuvného registru, dvou operandových registrů a výsledkového registru. ALU obvody provádějí sčítání, odčítání, logické AND, OR, modulo 2 sčítání a posuny. Složitější operace jsou implementovány softwarově. Řídicí blok mikroprogramu obsahuje dekodér provozního kódu, obvod pro generování funkcí pro přesun na další adresu v mikroprogramu a registr adres mikroinstrukcí. Systém přerušení v mikroprocesorech je poměrně jednoduchý a je navržen pouze tak, aby akceptoval přerušení z externích zdrojů. Mikroprocesory mají zjednodušené řídicí obvody pro řídicí jednotky. Ovládání těchto zařízení je do značné míry realizováno prostřednictvím řízení firmwaru. Blok paměti pouze pro čtení mikroprogramů, které implementují příkazy mikroprocesoru, se obvykle provádí jako samostatný LSI. Mikroprocesory využívají nepřímé, přímé, indexové adresování hlavní RAM a přímé adresování obecných registrů. Ultra-RAM na sdílených registrech umožňuje snížit počet přístupů k externí paměti a snížit požadovaný počet pinů těla snížením formátu příkazu. Vzhledem k omezenému počtu pinů pouzdra LSI není možné implementovat rozhraní mikroprocesoru s velkou šířkou pásma. Proto mají mikroprocesory tzv. společné rozhraní, které obsluhuje jak externí RAM, tak PU. Pokud není možné vyčlenit dostatečný počet pinů na rozhraní, použije se sběrnicový multiplex (použití sběrnic pro různé účely na bázi časového sdílení). Pro zajištění společného provozu mikroprocesoru a externího zařízení jsou sběrnice rozhraní vybaveny vyrovnávacími obvody, které využívají elektronické obvody se třemi stavy a speciální. řídicí linky výstupu dat.

V každém zařízení pro digitální zpracování informací lze rozlišit provozní a řídicí bloky. Tento přístup zjednodušuje návrh a také usnadňuje pochopení fungování výpočetního zařízení.

Operační jednotka se skládá z registrů, sčítaček a dalších uzlů, které přijímají a ukládají kódy z vnějšího prostředí, převádějí je a vydávají výsledky práce do vnějšího prostředí a také vydávají varovné signály řídící jednotce a vnějšímu prostředí.

Proces fungování v čase procesního zařízení sestává ze sekvence hodinových intervalů, ve kterých operační jednotka provádí elementární transformace kódu (přenos kódu z jednoho registru do druhého, přijímání zpětného kódu, posun atd.).

Elementární funkční operace prováděná v jednom hodinovém intervalu a řízená jedním řídicím signálem se nazývá mikrooperace.

Řídicí blok generuje časově rozloženou sekvenci řídicích signálů, které generují požadovanou sekvenci mikrooperací v operačním bloku.

Posloupnost řídicích signálů (mikroinstrukcí) je určena operačním kódem přicházejícím zvenčí, stavem operandů a mezivýsledky transformací.

Existují dva hlavní typy řídicích strojů:

1) Řídící stroj s pevnou logikou.

Pro každou operaci specifikovanou kódem operace příkazu je zkonstruována sada kombinačních obvodů, které vybudí odpovídající řídicí signály v požadovaných hodinových cyklech.

2) Řídicí stroj s logikou uloženou v paměti.

Každá operace prováděná v operačním zařízení je spojena se sadou slov uložených v paměti - mikroinstrukcemi obsahujícími informace o mikrooperacích, které mají být provedeny během jednoho strojového cyklu, a indikací, která mikroinstrukce má být provedena jako další.

Posloupnost mikroinstrukcí, která zajišťuje provedení nějaké operace (například násobení), se nazývá mikroprogram této operace.

1. Hlavní bloky osobního počítače a jejich účel.

2. Charakteristika externích zařízení osobního počítače.

1. Hlavní bloky osobního počítače a jejich účel Pojem architektura a struktura PC

Osobní počítač(osobní počítač, PC, osobní počítač)) je stolní nebo přenosný počítač splňující požadavky obecné dostupnosti a univerzálnosti použití.

Možnosti PC jsou dány skladbou a charakteristikami jeho funkčních bloků (obr. 1).

Architektura PC je určen souhrnem jeho vlastností, které jsou pro uživatele významné. Hlavní pozornost je věnována struktuře a funkčnosti stroje, rozdělené na základní a doplňkové.

Hlavní funkce určit účel PC: zpracování a ukládání informací, výměna informací s externími objekty.

Doplňkové funkce zvýšit efektivitu provádění základních funkcí: poskytovat efektivní provozní režimy, dialog s uživatelem, spolehlivost atd. Tyto funkce PC jsou implementovány pomocí hardwaru a softwaru.

Výhody PC jsou:

relativně nízké náklady pro jednotlivého uživatele;

autonomie provozu bez zvláštních požadavků na podmínky prostředí;

širokou škálu technických prostředků využívajících nejnovější vědecké poznatky; flexibilita architektury zajišťující její adaptabilitu na různé aplikace v oblasti managementu, vědy, vzdělávání a každodenního života;

modulární konstrukce a integrace komponent, možnost snadné modernizace, a to i samotnými uživateli;

přítomnost velkého množství programů pokrývajících téměř všechny oblasti lidské činnosti; „Přívětivost“ operačního systému a dalšího softwaru, která uživateli umožňuje pracovat bez speciálního odborného školení;

relativně vysoké schopnosti pro zpracování nejrůznějších informací s vysokou provozní spolehlivostí.

Struktura počítače je model, který stanoví složení, pořadí a principy interakce komponent obsažených v PC.

V PC jsou dvě hlavní součásti:

hardwarová (technická) část ( Hardware);

software ( software).

Hardware PC v typické konfiguraci zahrnuje (viz obr. 1):

systémová jednotka: centrální procesor, jednotky RAM, napájecí zdroj, pevný disk, disketové mechaniky, CD mechanika (CD, DVD), řadiče zařízení, zvuková a grafická karta atd.;

vstupní a ovládací zařízení: klávesnice, myš, skener atd.;

výstupní zařízení: monitor, tiskárna, plotr atd.;

přídavná zařízení: modem, síťová zařízení, reproduktory atd.

Systémová jednotka obsahuje největší elektronickou desku - systémové(nebo mateřský) deska, na které jsou umístěny: centrální procesor, RAM a mezipaměť, sběrnice, BIOS (základní vstupně-výstupní systém) a některé řadiče.

S Strukturní schéma PC je na obr. 2.

Podívejme se na složení PC, účel a vlastnosti jeho hlavních bloků.

Mikroprocesor (MP)– centrální jednotka PC umístěná na systémové desce a určená k provádění aritmetických a logických operací s informacemi a také k řízení provozu všech bloků stroje. To zahrnuje:

ovládací zařízení(U U), generování a dodávání řídicích signálů do všech bloků PC ve správný čas, určený specifiky prováděné operace a výsledky předchozích operací. Řídicí zařízení přijímá referenční sekvenci impulsů z generátoru hodinových impulsů;

aritmeticko logická jednotka(ALU), určené k provádění všech aritmetických a logických operací s číselnými a symbolickými informacemi;

paměť mikroprocesoru(MPP)a vnitřní mezipaměť, sloužící ke krátkodobému uložení, záznamu a výstupu informací přímo používaných při výpočtech v dalších cyklech provozu stroje. MPP je postaven na registrech a slouží k zajištění vysoké rychlosti stroje. Interní cache paměť zajišťuje přizpůsobení rychlosti ALU a výměnu dat s hlavní pamětí;

systém rozhraní MP implementuje párování a komunikaci s ostatními PC zařízeními a obsahuje interní * MP rozhraní, vyrovnávací paměťové registry a řídicí obvody pro vstupní/výstupní porty * * (I/O) a systémovou sběrnici.

Čipová sada základní deska - sada čipů, které řídí procesor, RAM a ROM, mezipaměť, systémové sběrnice a datová rozhraní a také řadu periferních zařízení. Obvykle se skládá z několika aplikačně specifických integrovaných obvodů ( ASIC-aplikačně specifické integrační obvody), obvykle od jednoho do čtyř, vyráběné jedním výrobcem. Čipové sady jsou konstrukčně vázány na použitý typ MP.

Generátor hodin (GTI) generuje sekvenci elektrických impulsů, jejichž opakovací frekvence určuje hodinovou frekvenci stroje. Frekvence generátoru hodinových impulsů je jednou z hlavních charakteristik PC a do značné míry určuje rychlost jeho provozu, protože každá operace ve stroji se provádí v určitém počtu hodinových cyklů.

Systémová sběrnice– systém hlavního rozhraní PC, který zajišťuje spárování a komunikaci všech zařízení mezi sebou. To zahrnuje:

kódová datová sběrnice(KShD), zajišťující paralelní přenos všech bitů číselného kódu (strojového slova) operandu;

adresová kódová sběrnice(KSA poskytující paralelní přenos všech bitů adresového kódu hlavní paměťové buňky nebo vstupního/výstupního portu externího zařízení;

sběrnice instrukčního kódu(KSHI), zajišťující přenos instrukcí (řídicí signály, impulsy) do všech bloků PC;

napájecí sběrnice, mající vodiče a obvody rozhraní pro připojení PC jednotek k napájecímu systému.

Systémová sběrnice poskytuje tři směry přenosu informací:

1) mezi MP a hlavní pamětí;

2) mezi MP a vstupními/výstupními porty externích zařízení;

3) mezi hlavní pamětí a I/O porty externích zařízení (v režimu přímého přístupu do paměti).

Všechny bloky jsou ke sběrnici připojeny jednotně přes I/O porty a odpovídající unifikované konektory (jointy): přímo nebo přes řadiče (adaptéry). Systémová sběrnice je řízena MP buď přímo, nebo přes přídavný čip - řadič sběrnice, generující hlavní řídicí signály. Výměna informací mezi externími zařízeními a systémovou sběrnicí se provádí pomocí kódů ASCII.

Hlavní paměť (RAM) navržený pro ukládání a rychlou výměnu informací s jinými PC jednotkami. Obsahuje:

pamět pouze pro čtení(ROM), která slouží k uložení neměnných (trvalých) programových a referenčních informací. Umožňuje rychle číst informace v něm uložené. ROM obsahuje mikroobvod BIOS(Základní Vstup- Výstup Systém– základní vstupně/výstupní systém), ve kterém jsou uloženy programy pro kontrolu hardwaru PC, nastavení konfigurace počítače, nastavení některých charakteristik zařízení, spouštění načítání operačního systému a provádění základních funkcí pro servis PC zařízení a také mikroobvodu CMOS, který ukládá parametry konfigurace PC a řídí systémové hodiny;

paměť s náhodným přístupem nebo RAM(RAM,OP), určený pro online záznam, ukládání a čtení informací (programů a dat) přímo zapojených do informačního a výpočetního procesu prováděného PC v aktuálním časovém období. Tato paměť je elektricky závislá, tzn. Po vypnutí napájení se informace v paměti RAM vymažou. Hlavními výhodami OP je vysoký výkon a možnost přistupovat ke každé paměťové buňce samostatně (přímý adresový přístup do buňky).;

externí mezipaměť– vysokorychlostní paměť, která je vyrovnávací pamětí mezi RAM a MP a umožňuje zvýšit rychlost operací. Registry cache nejsou uživateli přístupné. Mezipaměť ukládá data, která MP přijal a použije v dalších cyklech své práce, a také často používané fragmenty programu.

Externí paměť slouží k dlouhodobému uchovávání jakýchkoli informací, které mohou být někdy vyžadovány k řešení problémů. Veškerý software PC je zpravidla uložen v externí paměti. Externí paměť obsahuje různé typy paměťových zařízení, z nichž nejběžnější jsou paměťová zařízení. tvrdý(HDD) A flexibilní(NGMD) magnetické disky.

Účelem těchto disků je ukládat velké množství informací, zaznamenávat a vydávat uložené informace na vyžádání do OP. Pevné disky a ploché disky se liší pouze designem, objemem uložených informací a časem, který zabere vyhledávání, záznam a čtení informací.

Kazetová paměťová zařízení se také používají jako externí paměťová zařízení ( streamery), optické mechaniky ( CD–Kompaktní disk- CD, DVD–Digitální univerzální disk- digitální víceúčelový disk) atd.

Zdroj napájení– blok obsahující autonomní a síťové napájecí systémy pro PC.

Časovač– elektronické hodiny ve stroji, které v případě potřeby umožňují automatické zaznamenávání aktuálního okamžiku v čase (rok, měsíc, hodiny, minuty, sekundy a zlomky sekund). Časovač je připojen k autonomnímu zdroji energie - baterii a pokračuje v práci, když je stroj odpojen od sítě.

Externí zařízení (ED) poskytují interakci mezi uživatelem PC a prostředím. Tyto zahrnují:

nástroje uživatelského dialogu:

video monitory(displeje) – zařízení pro zobrazování vstupních a výstupních informací;
řečová vstupní/výstupní zařízení– mikrofonní akustické systémy; „zvukové myši“, které vám umožní rozpoznat písmena a slova vyslovená osobou, identifikovat je a zakódovat; zvukové syntetizéry, které převádějí digitální kódy na písmena a slova reprodukovaná prostřednictvím reproduktorů (reproduktorů) nebo reproduktorů;

zařízení pro vstup informací:

klávesnice– zařízení pro ruční zadávání číselných, textových a řídicích informací do PC;
manipulátory(ukazovací zařízení): joystick- rameno páky; myš,trackball- míč v rámu, světelné pero atd. – pro zadávání grafických informací na obrazovce displeje ovládáním pohybu kurzoru po obrazovce, následným zakódováním souřadnic kurzoru a jejich zadáním do PC;
grafické tablety(digitizéry) – pro ruční zadávání grafických informací a obrázků pohybem speciálního ukazatele (pera) po tabletu (při pohybu pera se automaticky načtou souřadnice jeho umístění a tyto souřadnice se zadají do PC);
skenery– pro automatické čtení z papírových médií a zadávání strojopisných textů, grafů, obrázků, kreseb do PC;
dotykové obrazovky– pro zadávání jednotlivých obrazových prvků, programů nebo příkazů z rozdělené obrazovky do PC.

zařízení pro výstup informací:

tiskárny– tisková zařízení pro záznam informací na papír;
plotry(plotry) – pro výstup grafických informací (grafy, výkresy, výkresy) z PC na papír;
zvukové reproduktory– pro výstup zvukových informací z PC.

komunikační a telekomunikační zařízení, který se používá k organizaci interakce se zařízeními a dalším automatizačním zařízením (adaptéry rozhraní, adaptéry, digitálně-analogové a analogově-digitální převodníky atd.), jakož i k připojení počítače ke komunikačním kanálům, k jiným počítačům a počítači sítě (karty síťového rozhraní, „jointy“, multiplexery přenosu dat, modemy).

Spolu se standardními externími zařízeními lze k systémové sběrnici připojit další desky s integrovanými obvody, které rozšiřují a zlepšují funkčnost mikroprocesoru: řadič přímého přístupu do paměti, řadič přerušení, grafický adaptér, zvuková karta atd.

Úvod
3

1. Obecná struktura osobního počítače
4

1.1. Základy počítačové architektury 4

1.2. Struktura PC
6

2. Charakteristika hlavních modulů PC
8

2.1. Základní deska 8

2.2. Procesor 9

2.3. Paměť 11

2.4. Winchester 12

2.6. Monitor 14

2.7. Manipulátory 14

Závěr 15

Reference 16

Úvod

Moderní počítače pro masové použití – osobní počítače – mají poměrně složitou strukturu, která určuje vztah mezi hardwarem v technickém systému zvaném počítač. V procesu vývoje hardwaru a softwaru se měnila i struktura osobního počítače, ale základní principy jeho strukturální organizace, formulované vynikajícím matematikem, profesorem Princetonské univerzity v USA Johnem von Neumannem (1903–1957) a jeho kolegů v roce 1946, zůstaly nezměněny.

Podstata těchto principů se scvrkává na následující:

Informace jsou prezentovány (kódovány) a zpracovávány (provádějí se výpočetní a logické operace) v binární číselné soustavě, informace jsou rozděleny do samostatných strojových slov, z nichž každé je v počítači zpracováváno jako jeden celek;

Strojová slova představující data (čísla) a příkazy (určující název zadaných operací) se liší způsobem použití, nikoli však způsobem kódování;

Strojová slova jsou umístěna a uložena v buňkách počítačové paměti pod svými čísly, nazývanými adresy slov;

Posloupnost příkazů (algoritmus) určuje název prováděných operací a slova (operandy), na kterých jsou tyto operace prováděny, zatímco algoritmus, prezentovaný ve formě příkazů strojového příkazu, se nazývá program;

Pořadí, ve kterém jsou příkazy vykonávány, je jednoznačně určeno programem.

1. Obecná struktura osobního počítače

1.1. Základy počítačové architektury

Součásti, které tvoří počítač, se nazývají moduly. Mezi všemi moduly jsou hlavní moduly, bez kterých počítač nemůže fungovat, a zbývající moduly, které se používají k řešení různých problémů: vstup a výstup grafických informací, připojení k počítačové síti atd.

Konstrukce většiny počítačů je založena na principech formulovaných v 1945 od Johna von Neumanna:

1 . Princip ovládání programu (program se skládá ze sady příkazů, které procesor provádí automaticky jeden po druhém v daném pořadí).

2 . Princip homogenity paměti (programy a data jsou uloženy ve stejné paměti; příkazy lze zpracovávat stejným způsobem jako data).

3 . Princip cílení (hlavní paměť je strukturálně složena z očíslovaných buněk).

Počítače postavené na těchto principech mají klasické architektury (Obr. 1).

Rýže. 1. Klasická struktura počítače

kde ALU (aritmeticko-logická jednotka) - provádí aritmetické a logické operace s informacemi prezentovanými v binárním kódu, tj. zajišťuje provádění procedur zpracování dat;

CU (řídící zařízení) – organizuje proces provádění programu;

Paměť (úložné zařízení) – určená k uložení a uložení sekvence příkazů (programů) a dat;

I/O zařízení (vstupní/výstupní zařízení) – poskytují vstup a výstup dat z počítače pro navázání přímé a zpětnovazební komunikace mezi uživatelem a počítačem;

Pomocí nějakého vstupního zařízení se do paměti vloží program. Řídicí jednotka čte obsah paměťové buňky paměti, kde se nachází první příkaz, a organizuje jeho provedení. Tento příkaz může specifikovat provádění aritmetických a logických operací s daty pomocí ALU, čtení dat z paměti pro provádění těchto operací, výstup dat na výstupní zařízení atd. Poté se provede druhý příkaz, třetí atd. Řídicí jednotka automaticky provádí instrukce programu.

1.2. Struktura PC

Rýže. 2. Obecná struktura PC

Osobní počítače se obvykle skládají z následujících hlavních modulů, které jsou znázorněny na obrázku 3.

Systémová jednotka Monitor Klávesnice Myš
Rýže. 3. Hlavní moduly PC

Rýže. 4. Kompaktní počítač (notebook)
Systémová jednotka obsahuje všechny hlavní součásti počítače:

základní deska;

elektronické obvody (procesor, ovladače zařízení atd.);

pohonná jednotka;

diskové jednotky (úložná zařízení).

2. Charakteristika hlavních modulů PC

2.1. Základní deska

Základní deska (systémová, hlavní) deska je ústřední součástí každého počítače. Základní deska obvykle obsahuje centrální procesor, koprocesor, řadiče, které zajišťují komunikaci mezi centrálním procesorem a periferními zařízeními, paměť s náhodným přístupem (RAM), mezipaměť, prvek ROM-BIOS (základní vstupní/výstupní systém), baterii, frekvence oscilátoru quartzových hodin a sloty(konektory) pro připojení dalších zařízení.

Rýže. 6. Základní deska

Celkový výkon základní desky je určen nejen hodinová frekvence, ale také v množství ( bitová hloubka) data, zpracovávané za jednotku času centrálním procesorem, stejně jako šířka autobusu výměnu dat mezi různými zařízeními na základní desce.

Podle funkčního účelu se pneumatiky dělí na:

datová sběrnice;

adresová sběrnice;

řídící sběrnice.

Podle datová sběrnice Výměna dat probíhá mezi centrálním procesorem, rozšiřujícími kartami a pamětí. Šířka datové sběrnice se pohybuje od 8 bitů (v současnosti se nepoužívá) do 64 bitů u moderních základních desek PC.

Podle adresní sběrnice jsou adresovány paměťové buňky, do kterých se data zapisují.

Podle řídící sběrnice nebo systémovou sběrnicí jsou řídicí signály přenášeny mezi centrálním procesorem a periferií. Na základní desce je systémová sběrnice zakončena sloty pro instalaci dalších zařízení. Adresové sběrnice a datové sběrnice někdy zabírají stejné fyzické vodiče.

V současné době existuje několik standardů sběrnic: ISA (Industry Sland art Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Extended ISA), VESA (Video Electronics SlandarlAssolllallon), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial BUS).

Architektura základních desek se neustále zdokonaluje: zvyšuje se jejich funkční bohatství a zlepšuje se jejich výkon. Stalo se standardem mít na základní desce vestavěná zařízení, jako je dvoukanálový řadič E-IDE HDD (pevný disk), řadič FDD (floppy disk), pokročilé paralelní (LPT) a sériové (COM) porty. jako sériový infračervený port.

Přístav– vícebitový vstup nebo výstup v zařízení.

2.2. procesor

Obecně je procesor chápán jako zařízení, které provádí soubor operací s daty prezentovanými v digitální podobě (binární kód). Ve vztahu k výpočetní technice se procesorem rozumí centrální procesorová jednotka (procesor), který má schopnost vybírat, dekódovat a provádět příkazy a také vysílat a přijímat informace z jiných zařízení. Jednoduše řečeno, procesor je elektronický obvod, který provádí zpracování informací.

Výroba moderních osobních počítačů začala, když byl procesor vyroben ve formě samostatného čipu.

Počet společností vyvíjejících a vyrábějících procesory pro počítače kompatibilní s IBM je malý. V současnosti známé: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument.

Kromě procesorů, které tvoří základ osobních počítačů kompatibilních s IBM, existuje celá třída procesorů, které tvoří paralelní platformu. Mezi nejznámější patří: osobní počítače americké společnosti Apple, které využívají procesory typu Power PC, které mají zásadně odlišnou architekturu; Počítače vyráběné společností Motorola a další Výkon osobních počítačů založených na procesorech Power PC je výrazně vyšší než u počítačů kompatibilních s IBM, a proto jsou i přes významný rozdíl v ceně preferovány pro seriózní profesionální aplikace.

Výkon CPU je charakterizován následujícími hlavními parametry:

frekvence hodin;

stupeň integrace;

vnitřní a vnější bitová hloubka zpracovávaných dat;

paměti, ke které má CPU přístup.

S rychlým rozvojem multimediálních aplikací se vývojáři procesorů potýkají s problémem zvýšení rychlosti zpracování obrovského množství dat obsahujících grafické, zvukové nebo obrazové informace. V důsledku toho se objevily dodatečně instalované speciální DSP procesory.

2.3. Paměť

Centrální procesor má přístup k datům umístěným v paměti s náhodným přístupem (fyzické paměťové zařízení se nazývá RAM - random access memory nebo RAM - Random Access Memory). Práce počítače s uživatelskými programy začíná po načtení dat z externí paměti do RAM.

RAM pracuje synchronně s centrálním procesorem a má krátkou přístupovou dobu. RAM ukládá data pouze při zapnutém napájení. Výpadek napájení vede k nevratné ztrátě dat, takže uživateli, který pracuje s velkým množstvím dat po dlouhou dobu, se doporučuje pravidelně ukládat mezivýsledky na externí paměťová média.

Podle způsobu implementace se RAM dělí na dynamickou a statickou.

Hlavní vlastnosti RAM jsou: počet paměťových buněk (adres) a doba přístupu k informacím, určená časovým intervalem, během kterého jsou informace zapisovány nebo čteny z paměti.

Základem RAM jsou paměťové čipy ( bramborové hranolky), které jsou spojeny do bloků (bank) různých konfigurací. Při vybavování bank různými mikroobvody je nutné zajistit, aby se jejich přístupové doby nelišily o více než 10 ns.

Pro normální fungování systému je velmi důležitá koordinace rychlosti centrálního procesoru a paměti RAM.

Obr.7. RAM

Vyrovnávací paměť navrženy tak, aby odpovídaly rychlosti relativně pomalých zařízení, jako je dynamická paměť, s rychlým mikroprocesorem. Použití mezipaměti zabraňuje cyklům čekání při její činnosti, které snižují výkon celého systému.

Pomocí mezipaměti se obvykle pokouší koordinovat činnost externích zařízení, například různých jednotek a mikroprocesoru. Odpovídající řadič vyrovnávací paměti musí zajistit, že instrukce a data, která bude mikroprocesor v určitém okamžiku potřebovat, jsou v daný okamžik ve vyrovnávací paměti.

2.4. Winchester

Winchesterové nebo pevné disky je velkokapacitní externí paměť určená pro dlouhodobé ukládání informací, kombinující v jednom balení samotné paměťové médium a záznamové/čtecí zařízení. Pevné disky mají oproti diskovým jednotkám řadu velmi cenných výhod: objem uložených dat je neměřitelně větší a přístupová doba pevného disku je řádově kratší. Jediná nevýhoda: nejsou určeny pro výměnu informací (to platí pro stacionární pevné disky, tedy pevné disky zabudované v počítačové skříni, v současnosti existují vyměnitelné pevné disky).

Fyzické rozměry pevných disků jsou standardizovány parametrem zvaným form factor.

Obrázek 8 ukazuje různé pevné disky:

Rýže. 8. Winchesterové
2.5. Klávesnice

Rýže. 9. Klávesnice

Je to hlavní vstupní zařízení pro PC, navzdory silné konkurenci ze strany myši. Klávesnice převádí mechanický úhoz na tzv. skenovací kód, který je přenášen do ovladače klávesnice na základní desce.

Řadič zase iniciuje hardwarové přerušení, které je obsluhováno speciálním programem obsaženým v ROM-BIOS. Když je přijat skenovací kód z kláves shift (/) nebo switch (,), změna stavu klávesnice se zapíše do paměti RAM. Ve všech ostatních případech je skenovací kód transformován na kódy ASCII nebo rozšířené kódy, které jsou již zpracovávány aplikačním programem.

Na základě provedení se rozlišují tyto typy klávesnic: klávesnice s plastovými kolíky, klávesnice s klikací, klávesnice s mikrospínači nebo jazýčkovými spínači, dotykové klávesnice. Klávesnice se také liší počtem a umístěním kláves. Existují klávesnice typu SG, AT, MFII.

V současné době existují některé další typy klávesnic: ergonomické klávesnice, průmyslové klávesnice, se čtečkou čárových kódů, pro nevidomé, infračervené (bezdrátové) atd.

2.6. Monitor

Monitory jsou nejdůležitější zařízení pro zobrazování informací. V současné době existuje široká škála typů monitorů: digitální monitory (TTL), analogové monitory, displeje z tekutých krystalů (LCD) (obr. 10).

Rýže. 10. Monitory

2.7. Manipulátory

Mezi tato zařízení patří myš, joystick a trackball. Tato zařízení ovládají kurzor a jsou zobrazena na obrázku 11.

Rýže. 11. Zařízení pro ovládání kurzoru

Závěr

Systémová jednotka stacionárního osobního počítače tedy obsahuje hlavní komponenty, které zajišťují provádění počítačových programů na úrovni hardwaru.

Externí zařízení (ve vztahu k systémové jednotce) podle jejich funkčního účelu mohou být prezentována ve formě několika skupin: informační vstupní a výstupní zařízení, zařízení, která současně provádějí informační vstupní a výstupní funkce, externí paměťová zařízení.

Mezi zařízení pro vstup informací patří klávesnice, souřadnicová vstupní zařízení (manipulátory, jako je myš, trackball, kontaktní nebo dotyková podložka, joystick), skener, digitální fotoaparáty (videokamery a fotoaparáty) a mikrofon.

Mezi zařízení pro výstup informací patří monitor, tisková zařízení (PU, tiskárna a plotr), zvukové reproduktory a sluchátka.

Mezi zařízení, která provádějí funkce vstupu a výstupu informací, patří síťový adaptér, modem (modulátor-demodulátor) a zvuková karta.

Mezi externí úložná zařízení patří: externí disketové a pevné disky, externí optické a magnetooptické mechaniky, flash paměti atd.

Seznam použité literatury

1. Gubarev V.G. PC software a operační systémy. M.: Phoenix, 2012. 382 s.

2. Figurnov V. E. IBM PC pro uživatele, 6. vydání, přepracované a rozšířené. M.: Infra-M, 2006. 432 s.

3. Vyhrajte L. Roche. Bible pro upgrade vašeho osobního počítače. M.: Tivali-Style, 2005. 378 s.

4. Leontiev V.P. Nejnovější encyklopedie osobního počítače 2003. M.: OLMA-PRESS, 2009. 957 s.

5. Ibrahim K.F. PC zařízení a nastavení: Překlad z angličtiny. M.: Binom, 2010. 368 s.

6. Stallings W. Strukturální organizace a architektura počítačových systémů. M.: Williams, 2012. 896 s.

7. Leontyev B.K. Upgrade: Průvodce upgradem komponent osobního počítače. M.: Starosta, 2013. 624 s.

8. Shumilin V.K. Průvodce bezpečnou prací na osobních počítačích. M.: NC ENAS, 2011. 28 s.

9. Eremin E.A. Populární přednášky o počítačovém designu. BHV-Petersburg, 2013. 272 s.

Hlavní vzdělávací program

Farmy Ruska. Průmysl struktura, funkční a územní struktur ekonomika země... osobní počítače a projektory. Pro ředitele a zástupce ředitele byly zakoupeny notebooky. Všeobecnéčíslo osobní počítače, ...

Navzdory obrovské rozmanitosti výpočetní techniky a jejímu neobvykle rychlému zlepšování zůstávají základní principy konstrukce strojů do značné míry nezměněny. Zejména od prvních generací se každý osobní počítač skládá z následujících hlavních zařízení: procesor, paměť (interní a externí) a vstupní a výstupní zařízení. Podívejme se blíže na účel každého z nich.

Procesor je hlavním zařízením počítače

Procesor je hlavní zařízení počítače, ve kterém se vlastně zpracovávají všechny druhy informací. Další důležitou funkcí procesoru je zajištění koordinované činnosti všech uzlů, které tvoří počítač. Nejdůležitějšími částmi procesoru jsou tedy aritmeticko-logická jednotka ALU a řídicí jednotka CU.

Každý procesor je schopen provádět velmi specifickou sadu univerzálních instrukcí, nejčastěji nazývaných strojové instrukce. Co přesně tato sada je, je dáno konstrukcí konkrétního procesoru, ale není příliš velká a v zásadě je pro různé procesory podobná. Práce osobního počítače spočívá ve vykonávání sekvence takových příkazů připravených ve formě programu. Procesor je schopen organizovat čtení dalšího příkazu, jeho analýzu a provedení a v případě potřeby také přijímat data nebo odesílat výsledky jejich zpracování na požadované zařízení. Procesor sám si také musí vybrat, kterou programovou instrukci provést jako další, a výsledek této volby může často záviset na právě zpracovávaných informacích.

Uvnitř procesoru jsou sice vždy speciální buňky (registry) pro provozní ukládání zpracovávaných dat a některých servisních informací, ale záměrně neposkytuje prostor pro ukládání programu. Dalším zařízením používaným v počítači pro tento důležitý účel je paměť. Uvažujme pouze nejdůležitější typy počítačových pamětí, protože jejich sortiment se neustále rozšiřuje a doplňuje o další a další nové typy.

Paměť je obecně navržena tak, aby ukládala jak data, tak programy pro jejich zpracování: podle základního von Neumannova principu se pro oba typy informací používá jediné zařízení.

Paměť počítače

Počínaje úplně prvními osobními počítači byla paměť okamžitě rozdělena na vnitřní a vnější. Historicky to bylo opravdu spojeno s umístěním uvnitř nebo vně skříně procesoru. S klesající velikostí strojů však bylo možné do skříně hlavního procesoru umístit stále větší počet zařízení a původní přímý smysl tohoto rozdělení se postupně ztrácel. Terminologie však zůstala zachována.

Vnitřní paměť

Vnitřní pamětí moderního počítače se obvykle rozumí vysokorychlostní elektronická paměť umístěná na jeho základní desce. Nyní se taková paměť vyrábí na základě nejmodernějších polovodičových technologií (dříve se používaly magnetické prvky na bázi feritových jader - další důkaz, že na konkrétních fyzikálních principech nezáleží). Nejpodstatnější část vnitřní paměti se nazývá RAM – paměť s náhodným přístupem. Jeho hlavním účelem je ukládat data a programy pro aktuální úkoly. Asi každý uživatel ví, že při vypnutí napájení se obsah RAM zcela ztrácí. Vnitřní paměť moderního počítače obsahuje kromě RAM také některé další typy pamětí. Zde se zmíníme pouze o paměti pouze pro čtení (ROM), která zejména uchovává informace potřebné pro prvotní spuštění počítače po zapnutí. Jak je patrné z názvu, informace v ROM nezávisí na stavu počítače (pro lepší pochopení lze poukázat na určitou analogii mezi informacemi v ROM a „vrozenými“ nepodmíněnými reflexy u živých bytostí). Dříve byl obsah ROM vytvořen jednou provždy v továrně, ale nyní moderní technologie umožňují v případě potřeby jej aktualizovat, aniž by bylo nutné jej vyjmout z desky počítače.

Externí paměť

Externí paměť je implementována ve formě různých zařízení pro ukládání informací a je obvykle navržena ve formě nezávislých bloků. Měly by sem patřit především mechaniky na disketových a pevných magnetických discích (uživatelé to často nazývají poněkud žargonově pevné disky) a také optické mechaniky (zařízení pro práci s CD ROM). Externí paměťová zařízení mají mechanicky pohyblivé části, a proto pracují při výrazně nižších rychlostech než plně elektronická vnitřní paměť. Externí paměť však umožňuje ukládat obrovské množství informací pro pozdější použití. Zdůrazňujeme, že informace v externí paměti jsou především určeny pro počítač samotný, a proto jsou uloženy ve formě, která mu vyhovuje; člověk bez použití stroje si například ani vzdáleně nedokáže představit obsah neoznačené diskety nebo CD ROM.

Moderní softwarové systémy dokážou spojit interní a externí paměť do jednoho celku, a tak ty nejvzácněji používané informace končí v pomaleji fungující externí paměti. Tato metoda umožňuje velmi výrazně rozšířit objem informací zpracovávaných pomocí počítače.

Pokud je procesor doplněn pamětí, pak může být takový systém již provozuschopný. Jeho podstatnou nevýhodou je nemožnost zjistit cokoliv o tom, co se uvnitř takového systému děje. Pro získání informací o výsledcích je nutné doplnit počítač o výstupní zařízení, která je umožňují prezentovat formou přístupnou lidskému vnímání. Nejběžnějším výstupním zařízením je displej, který dokáže na své obrazovce rychle a efektivně zobrazit textové i grafické informace. K získání kopie výsledků na papíře se používá tiskové zařízení nebo tiskárna.

Vstupní zařízení

A konečně, protože uživatel často potřebuje zadávat nové informace do počítačového systému, jsou zapotřebí také vstupní zařízení. Nejjednodušším vstupním zařízením je klávesnice. Široké používání programů s grafickým rozhraním přispělo k oblibě dalšího vstupního zařízení – myši. Konečně velmi účinným moderním zařízením pro automatické zadávání informací do počítače je skener, který umožňuje nejen převést obrázek z listu papíru do grafického počítačového souboru, ale také pomocí speciálního softwaru rozpoznat text v přečíst obrázek a uložit jej ve formě vhodné pro úpravu v běžném textovém editoru.

Funkční schéma moderního počítače

Nyní, když známe základní zařízení počítače a jejich funkce, zbývá zjistit, jak se vzájemně ovlivňují. Za tímto účelem se podívejme na funkční schéma moderního počítače znázorněného na obrázku.

Obrázek 1

Pro vzájemné propojení hlavních počítačových zařízení se používá speciální informační dálnice, inženýry obvykle nazývaná sběrnice. Pneumatika se skládá ze tří částí:

adresová sběrnice, na které se nastavuje adresa požadované paměťové buňky nebo zařízení, se kterým se budou vyměňovat informace;

datová sběrnice, přes kterou budou skutečně přenášeny potřebné informace; a nakonec

řídicí sběrnice, která tento proces reguluje (například jeden ze signálů na této sběrnici umožňuje počítači rozlišit adresy paměti a vstupně/výstupních zařízení).

Uveďme si příklad, jak procesor čte obsah paměťové buňky. Po ujištění se, že sběrnice je aktuálně volná, umístí procesor požadovanou adresu na adresovou sběrnici a na řídicí sběrnici nainstaluje potřebné servisní informace (provoz - čtení, zařízení - RAM atd.). Nyní může čekat jen na odezvu RAM. Ten, když „vidí“ požadavek na přečtení informací, které jsou mu adresovány na sběrnici, extrahuje obsah požadované buňky a umístí ji na datovou sběrnici. Zvláště upozorňujeme, že výměna na sběrnici za určitých podmínek a za přítomnosti určitých pomocných zařízení může probíhat bez přímé účasti procesoru, například mezi vstupním zařízením a vnitřní pamětí.

Zdůrazňujeme také, že námi popisovaná funkční organizace počítačů v praxi může být mnohem složitější. Moderní počítač může obsahovat několik koordinovaných procesorů, přímé informační kanály mezi jednotlivými zařízeními, několik interagujících dálnic atd. Pokud však rozumíte nejobecnějšímu schématu, pak bude snazší porozumět konkrétnímu počítačovému systému. Páteřní struktura umožňuje snadno připojit k počítači přesně ta externí zařízení, která jsou pro daného uživatele potřebná. Díky němu je možné ze standardních bloků sestavit libovolnou individuální konfiguraci počítače.

Související informace.

Základní PC bloky a jejich účel

Koncepce architektury a struktury

Architektura počítače je určena souhrnem jeho vlastností, které jsou pro uživatele důležité. Hlavní pozornost je věnována struktuře a funkčnosti PC, které se dělí na základní a doplňkové.

Hlavní funkce určují účel počítače: zpracování a ukládání informací, výměna informací s externími objekty. Doplňkové funkce zvyšují efektivitu provádění základních funkcí: poskytují efektivní provozní režimy, dialog s uživatelem, vysokou spolehlivost atd. Jmenované funkce počítače jsou realizovány pomocí jeho komponent: hardwaru a softwaru.

Struktura počítače je určitý model, který určuje složení, pořadí a principy interakce jeho součástí.

Osobní počítač je stolní nebo přenosný počítač s všestranným využitím. Výhody PC jsou:

1. nízké náklady, v dosahu jednotlivého kupujícího;
2. autonomie provozu bez zvláštních požadavků na podmínky prostředí;
3. flexibilita architektury zajišťující její adaptabilitu na různé aplikace v oblasti managementu, vědy, vzdělávání a každodenního života;
4. „přívětivost“ operačního systému a dalšího softwaru, která uživateli umožňuje pracovat s ním bez speciálního odborného školení;
5. vysoká provozní spolehlivost (více než 5 tisíc hodin mezi poruchami)

Struktura osobního počítače

Uvažujme složení a účel hlavních PC bloků ve vztahu k počítačům podobným IBM PC, které splňují požadavky obecné dostupnosti.

Mikroprocesor (MP). Toto je centrální jednotka PC, určená k řízení provozu všech bloků stroje ak provádění aritmetických a logických operací s informacemi.

MP zahrnuje:

1. řídicí zařízení (ŘJ) - generuje a vysílá určité signály do všech bloků stroje ve správný čas - w řízení (řídící impulsy), určované specifiky prováděné operace a výsledky předchozích operací; generuje adresy paměťových buněk používaných prováděnou operací a přenáší tyto adresy do příslušných počítačových bloků. Řídící jednotka přijímá referenční sekvenci impulsů z generátoru hodinových impulsů;
2. aritmeticko-logická jednotka (ALU) - určená k provádění všech aritmetických a logických operací s číselnými a symbolickými informacemi (u některých modelů PC je k ALU připojen další matematický koprocesor pro urychlení provádění operací;
3. mikroprocesorová paměť (MPM) - slouží ke krátkodobému ukládání, záznamu a výstupu informací přímo používaných při výpočtech v dalších cyklech provozu stroje. MPP je postaven na registrech a používá se k zajištění vysoké rychlosti stroje, protože hlavní paměť (RAM) ne vždy zajišťuje rychlost zápisu, vyhledávání a čtení informací nezbytnou pro efektivní provoz vysokorychlostního MP. Registry jsou vysokorychlostní paměťové buňky různé délky (na rozdíl od OP buněk, které mají standardní délku 1 bajt a nižší výkon);
4. systém rozhraní mikroprocesoru - implementuje párování a komunikaci s ostatními zařízeními PC; obsahuje interní MP rozhraní, vyrovnávací paměťové registry a řídicí obvody pro vstupní/výstupní porty (I/O) a systémovou sběrnici. Interface je soubor prostředků pro párování a komunikaci počítačových zařízení, zajišťující jejich efektivní interakci. Input/Output port (I/O - Input/Output port) - zařízení rozhraní, které umožňuje připojit k mikroprocesoru další PC zařízení.

Generátor hodin. Generuje sekvenci elektrických impulsů; frekvence generovaných impulsů určuje taktovací frekvenci stroje.

Časový interval mezi sousedními impulsy určuje dobu jednoho cyklu práce nebo jednoduše cyklu provozu stroje. Frekvence generátoru hodinových pulsů je jednou z hlavních charakteristik osobního počítače a do značné míry určuje rychlost jeho činnosti, protože každá operace ve stroji se provádí v určitém počtu hodinových cyklů.

Systémová sběrnice. Jedná se o hlavní systém rozhraní PC, zajišťující spárování a komunikaci všech jeho zařízení mezi sebou.

Systémová sběrnice obsahuje:

1. kódová datová sběrnice (CDB), obsahující vodiče a propojovací obvody pro paralelní přenos všech bitů číselného kódu (strojového slova) operandu;
2. kódová adresová sběrnice (ACBA), včetně vodičů a propojovacích obvodů pro paralelní přenos všech bitů adresového kódu hlavní paměťové buňky nebo vstupního/výstupního portu externího zařízení;
3. kódovaná instrukční sběrnice (IBC), obsahující vodiče a obvody rozhraní pro přenos instrukcí (řídicí signály, impulsy) do všech bloků stroje; napájecí sběrnice, která má vodiče a obvody rozhraní pro připojení PC jednotek k napájecímu systému.

Systémová sběrnice poskytuje tři směry přenosu informací:

- mezi mikroprocesorem a hlavní pamětí;
- mezi mikroprocesorem a vstupními/výstupními porty externích zařízení;
- mezi hlavní pamětí a I/O porty externích zařízení (v režimu přímého přístupu do paměti).

Všechny bloky, respektive jejich I/O porty, jsou ke sběrnici připojeny stejným způsobem přes odpovídající unifikované konektory (jointy): přímo nebo přes řadiče (adaptéry). Systémová sběrnice je řízena mikroprocesorem buď přímo, nebo častěji prostřednictvím přídavného čipu - řadiče sběrnice, který generuje hlavní řídicí signály. Výměna informací mezi externími zařízeními a systémovou sběrnicí se provádí pomocí kódů ASCII.

Hlavní paměť (RAM). Je určen pro ukládání a rychlou výměnu informací s ostatními jednotkami stroje. OP obsahuje dva typy zařízení: paměť pouze pro čtení (ROM) a paměť s náhodným přístupem (RAM).

ROM slouží k uložení neměnných (trvalých) programových a referenčních informací, umožňuje pouze rychlé čtení informací v ní uložených (informace v ROM nelze měnit).

RAM je určena pro online záznam, ukládání a čtení informací (programů a dat) přímo zapojených do informačního a výpočetního procesu prováděného PC v aktuálním časovém období. Hlavními výhodami RAM jsou její vysoký výkon a možnost přistupovat ke každé paměťové buňce zvlášť (přímý adresový přístup do buňky). Jako nevýhodu RAM je třeba poznamenat, že do ní nelze ukládat informace po vypnutí napájení stroje (závislost na volatilitě).

Externí paměť. Týká se externích zařízení PC a používá se k dlouhodobému ukládání jakýchkoli informací, které mohou být někdy vyžadovány k řešení problémů. Zejména veškerý počítačový software je uložen v externí paměti. Externí paměť obsahuje různé typy úložných zařízení, ale nejběžnější, dostupné téměř na každém počítači, jsou jednotky pevného disku (HDD) a disketové jednotky (FLMD).

Účelem těchto jednotek je ukládat velké množství informací, zaznamenávat a na vyžádání uvolňovat uložené informace do paměťového zařízení s náhodným přístupem. Pevné disky a ploché disky se liší pouze designem, objemem uložených informací a časem, který zabere vyhledávání, záznam a čtení informací.

Jako externí paměťová zařízení se používají také paměťová zařízení na kazetové magnetické pásce (streamery), optické diskové jednotky (CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - CD s pamětí pouze pro čtení) atd.

Zdroj napájení. Jedná se o blok obsahující autonomní a síťové napájecí systémy pro PC.

Časovač. Jedná se o elektronické hodiny ve stroji, které v případě potřeby umožňují automatické zaznamenávání aktuálního okamžiku v čase (rok, měsíc, hodiny, minuty, sekundy a zlomky sekund). Časovač je připojen k autonomnímu zdroji energie - baterii a pokračuje v práci, když je stroj odpojen od sítě.

Externí zařízení (ED). Toto je nejdůležitější součást jakéhokoli výpočetního komplexu. Stačí říci, že z hlediska nákladů tvoří VA někdy 50 - 80 % celého PC. Možnost a efektivita využití PC v řídicích systémech a v národním hospodářství jako celku do značné míry závisí na složení a vlastnostech počítače.

Počítače PC zajišťují interakci stroje s okolím: uživateli, řídicími objekty a dalšími počítači. VE jsou velmi rozmanité a lze je klasifikovat podle řady charakteristik. Podle účelu lze tedy rozlišovat následující typy zařízení:

- externí paměťová zařízení (SSD) nebo externí paměť PC;
- nástroje uživatelského dialogu;
- zařízení pro vkládání informací;
- zařízení pro výstup informací;
- komunikační a telekomunikační prostředky.

Mezi interaktivní nástroje uživatele patří videomonitory (displeje), méně často psací stroje na dálkové ovládání (tiskárny s klávesnicí) a zařízení pro vstup a výstup řeči.

Video monitor (displej) je zařízení pro zobrazování vstupních a výstupních informací z PC.

Zařízení pro hlasový vstup/výstup jsou rychle rostoucí multimediální nástroje. Zařízení pro vstup řeči jsou různé mikrofonní akustické systémy, například „zvukové myši“, se složitým softwarem, který jim umožňuje rozpoznávat písmena a slova vyslovená osobou, identifikovat je a kódovat.

Zařízení pro výstup řeči jsou různé zvukové syntetizéry, které převádějí digitální kódy na písmena a slova, která jsou reprodukována prostřednictvím reproduktorů (reproduktorů) nebo reproduktorů připojených k počítači.

Mezi zařízení pro vstup informací patří:

· klávesnice - zařízení pro ruční zadávání číselných, textových a ovládacích informací do PC;
· grafické tablety (digitizéry) - pro ruční zadávání grafických informací a obrázků pohybem speciálního ukazatele (pera) po tabletu; při pohybu perem se automaticky načtou souřadnice jeho umístění a tyto souřadnice se zadají do PC;
· skenery (čtecí stroje) - pro automatické čtení z papírových médií a zadávání strojopisných textů, grafů, obrázků, kreseb do PC; v kódovacím zařízení skeneru v textovém režimu jsou načtené znaky po porovnání s referenčními obrysy speciálními programy převedeny do ASCII kódů a v grafickém režimu jsou načtené grafy a kresby převedeny na sekvence dvourozměrných souřadnic;
· manipulátory (polohovací zařízení): joystick - páka, myš, trackball - kulička v rámečku, světelné pero atd. - pro zadávání grafických informací na obrazovku ovládáním pohybu kurzoru po obrazovce s následným kódováním kurzoru souřadnice a jejich zadání do PC;
· dotykové obrazovky - pro zadávání jednotlivých obrazových prvků, programů nebo příkazů z rozdělené obrazovky do PC.

Mezi zařízení pro výstup informací patří:

· tiskárny - tisková zařízení pro záznam informací na papír;
· plotry (plotry) - pro výstup grafických informací (grafy, výkresy, výkresy) z PC na papír; Existují vektorové plotry s kreslením obrázků pomocí pera a rastrové plotry: termografické, elektrostatické, inkoustové a laserové. Podle návrhu se plotry dělí na ploché a bubnové plotry. Hlavní charakteristiky všech plotrů jsou přibližně stejné: rychlost vykreslování - 100 - 1000 mm/s, nejlepší modely mají barevný obraz a přenos polotónů; Laserové plotry mají nejvyšší rozlišení a čistotu obrazu, ale jsou nejdražší.

Komunikační a telekomunikační zařízení se používají ke komunikaci s přístroji a dalším automatizačním zařízením (adaptéry rozhraní, adaptéry, digitálně-analogové a analogově-digitální převodníky atd.) a pro připojení PC ke komunikačním kanálům, k dalším počítačům a počítači. sítě (karty síťového rozhraní, „jointy“, multiplexery přenosu dat, modemy).

Síťový adaptér je zejména externí rozhraní PC a slouží k jeho připojení ke komunikačnímu kanálu pro výměnu informací s jinými počítači, pro práci jako součást počítačové sítě. V globálních sítích vykonává funkce síťového adaptéru modulátor-demodulátor (modem).

Mnoho z výše uvedených zařízení patří do podmíněně vybrané skupiny - multimédia.

Multimédia(multimédia - „multi-media“) je soubor hardwaru a softwaru, který umožňuje osobě komunikovat s počítačem pomocí různých přirozených médií: zvuk, video, grafika, texty, animace atd.

Mezi multimediální prostředky patří zařízení pro hlasový vstup a výstup informací: skenery, které jsou již rozšířené (protože umožňují automatické vkládání tištěných textů a kreseb do počítače); vysoce kvalitní video (video-) a zvukové (zvukové-) karty, karty pro zachycení videa (videograbber), které zachycují obraz z videorekordéru nebo videokamery a vkládají jej do PC; vysoce kvalitní akustické a obrazové reprodukční systémy se zesilovači, zvukové reproduktory, velké video obrazovky. Ale možná, z ještě většího důvodu, multimédia zahrnují externí vysokokapacitní paměťová zařízení na optických discích, často používaná pro záznam zvukových a obrazových informací.

Náklady na kompaktní disky (CD) při hromadné výrobě jsou nízké a vzhledem k jejich velké kapacitě (650 MB a nové typy - 1 GB a vyšší), vysoké spolehlivosti a životnosti jsou náklady na ukládání informací na CD pro uživatele nižší. nesrovnatelně nižší než na magnetických discích. To již vedlo k tomu, že většina softwaru pro různé účely je dodávána na CD Rozsáhlé databáze a celé knihovny jsou organizovány v zahraničí na CD; CD obsahuje slovníky, příručky a encyklopedie; školicí a rozvojové programy v oblasti všeobecného vzdělávání a speciálních předmětů.

CD mají široké využití např. při studiu cizích jazyků, dopravních předpisů, účetnictví, legislativy obecně a daňové legislativy zvláště. A to vše je doprovázeno texty a kresbami, řečovými informacemi a animacemi, hudbou a videem. V ryze domácím aspektu lze CD využít k ukládání audio a video nahrávek, tzn. použijte místo přehrávače audiokazety a videokazety. Za zmínku samozřejmě stojí velké množství programů počítačových her uložených na CD.

CD-ROM tedy poskytuje přístup k obrovskému množství informací zaznamenaných na CD, které jsou rozmanité jak z hlediska funkčnosti, tak z hlediska prostředí pro přehrávání.

Další schémata. Spolu se standardními externími zařízeními lze k systémové sběrnici a k MP PC připojit některé další desky s integrovanými obvody, které rozšiřují a zlepšují funkčnost mikroprocesoru: matematický koprocesor, řadič přímého přístupu do paměti, vstupně/výstupní koprocesor, řadič přerušení, atd.

Matematický koprocesor je široce používán pro urychlení operací s binárními čísly s pohyblivou řádovou čárkou, s binárně kódovanými desítkovými čísly a pro výpočet některých transcendentálních, včetně trigonometrických, funkcí. Matematický koprocesor má svůj vlastní příkazový systém a pracuje paralelně (časově se překrývající) s hlavním MP, ale pod jeho kontrolou. Operace se zrychlí desetinásobně. Modely MP, počínaje MP 80486 DX, obsahují ve své struktuře koprocesor.

Řadič DMA osvobozuje MP od přímého ovládání magnetických diskových jednotek, což výrazně zvyšuje efektivní výkon PC. Bez tohoto řadiče probíhá výměna dat mezi VSD a RAM přes registr MP, a pokud je přítomen, data se přenášejí přímo mezi VSD a RAM a obcházejí MP.

I/O koprocesor díky paralelnímu provozu s MP výrazně urychluje provádění I/O procedur při obsluze několika externích zařízení (displej, tiskárna, HDD HDD atd.): osvobozuje MP od zpracování I/O procedur včetně implementace přímého přístupu do paměti.

Řadič přerušení hraje v PC zásadní roli.

Přerušit- dočasné zastavení provádění jednoho programu za účelem rychlého spuštění jiného, aktuálně důležitějšího (prioritního) programu.

Při běhu počítače dochází neustále k přerušením. Stačí říci, že všechny procedury vstupu/výstupu informací se provádějí pomocí přerušení, například k přerušením časovačem dochází a jsou obsluhována řadičem přerušení 18krát za sekundu (uživatel si jich samozřejmě nevšimne).

Řadič přerušení obsluhuje procedury přerušení, přijímá požadavek na přerušení od externích zařízení, určuje úroveň priority tohoto požadavku a vydává signál přerušení do MP. Po přijetí tohoto signálu MP pozastaví provádění aktuálního programu a pokračuje ve vykonávání speciálního programu pro obsluhu přerušení, které si externí zařízení vyžádalo. Po dokončení programu údržby se přerušený program obnoví. Řadič přerušení je programovatelný.

Oblíbené v kategorii: