Компьютер строение: Устройство компьютера: из чего состоит ПК

Компьютер и его строение — презентация онлайн

Сделал работу:
Суворов Паша 8Б класса
Компьютер – это универсальное электронное программноуправляемое устройство, предназначенное для автоматической
обработки, хранения и передачи информации.
Принцип программного управления компьютером состоит в
том, что программа состоящая из набора команд,
записывается в память компьютера, а компьютер
автоматически исполняет эту программу.

3. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА

Конструктивно большинство основных устройств
компьютера объединены в системном блоке, к которому
подключаются внешние устройства (видеомонитор,
клавиатура, мышь, принтер, сканер, звуковые колонки и
другие).
В системном блоке размещаются:
блок питания;
накопитель на жёстких магнитных дисках;
накопитель на гибких магнитных дисках;
накопитель на оптических дисках;
системная плата;
платы расширения;
система вентиляции;
система индикации
и др.
Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop)
или вертикальную (Tower — башня) компоновку.

4. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру
процессора, размещаются на основной плате системного блока, которая называется
системной или материнской
На системной плате реализована магистраль обмена информацией,
находятся разъёмы для установки микропроцессора и модулей оперативной памяти
(о магистрале узнаете попозже)
Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые
называются чипсетами.

5. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА

Периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и
порты примерно по такой схеме:
Контроллеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства
компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют
непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.
Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, позволяющие подключать
периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.
К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые
устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более «быстрые»
устройства — принтер и сканер. Клавиатура и монитор подключаются к своим
специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.
Сейчас широко используется универсальный USB-порт, обеспечивающий высокоскоростное
подключение различных внешних устройств
АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
КОМПЬЮТЕРА
Контроллеры дополнительных устройств, либо сами эти
устройства, выполняются в виде плат расширения и
подключаются к шине с помощью разъёмов расширения,
называемых также слотами расширения. К дополнительным
устройствам относятся видеоадаптер, звуковая карта, TV-карта,
сетевая карта, внутренний модем и другие.
Процессор
Внутренняя
память
Магистраль (системная шина)
Устройства
ввода
Внешняя
память
Устройства
вывода

8. УСТРОЙСТВА ВВОДА

Устройства ввода – это устройства для ввода
информации в память компьютера.
Клавиатура – стандартное устройство для ввода
алфавитно-цифровой информации и команд
Мышь – это устройство-манипулятор для
управления курсором и для работы с
графическим интерфейсом.
Сканер – устройство для оптического ввода
изображений в память компьютера.
И многие другие устройства ввода

9. УСТРОЙСТВА ВВОДА

Мышка
Клавиатура
Скайнер

10. УСТРОЙСТВА ВЫВОДА

Устройства вывода – это устройства для вывода информации из
памяти компьютера к пользователю.
Принтер – устройство для отображения символьной и
графической информации на бумаге.
Монитор – устройство для отображения символьной и
графической информации на экране.
Колонки и наушники – устройства для вывода звуковой
информации

11.

ПРОЦЕССОР

Процессор – центральное устройство компьютера, которое осуществляет
обработку информации, выполняя арифметические и логические операции,
заданные программой, управляет вычислительным процессом и
координирует работу всех устройств компьютера.
Функции процессора:
обработка данных по заданной программе путем выполнения
арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

12. ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Внутренняя память – это устройство, которое хранит информацию,
необходимую компьютеру в данный момент работы.
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и
постоянная (специальная) память.
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM) — это энергозависимое быстрое
запоминающее устройство сравнительно небольшого объёма,
непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи,
считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых
этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения
данных и программ, так как, когда компьютер выключается, вся
информация, которая находилась в ОЗУ, удаляется.
Обычно оперативная память исполняется из интегральных микросхем Бит
– наименьшая частица памяти компьютера. В одном бите памяти хранится
один бит информации.

13. ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Кэш-память или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма,
которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной
памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и
несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство —контроллер, который, анализируя
выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего
понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память .
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM) — энергонезависимая память, для хранения
данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным
образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из
ПЗУ можно только читать.

14. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Внешняя память – это устройства, предназначенные для
долговременного хранения больших объёмов информации.
Внешняя память энергонезависима, характеризуется меньшим
быстродействием в сравнении с внутренней памятью, но имеет намного
больший информационный объём.
Устройства внешней памяти (накопители) обеспечивают запись
информации на носители информации, а также считывание информации
с носителей.
В настоящее время наибольшее распространение получили накопители с
магнитным и оптическим(лазерным) принципом записи и считывания
информации.

15. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Накопители на гибких магнитных дисках (дисководы) – устройства
которые записывают информацию на гибкие магнитные диски (дискеты)
диаметром 3,5 дюйма (89 мм) ёмкостью 1,44 Мбайт
Гибкие магнитные диски (floppy disk) помещаются в пластмассовый
корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета
вставляется в дисковод. Магнитная головка дисковода устанавливается на
определенную концентрическую дорожку диска, на которую и
записывается (или считывается) информация
Дискеты обычно используется для переноса данных с одного компьютера
на другой .
Накопители на оптических дисках (приводы оптических дисков) –
устройства, которые записывают информацию и считывают информацию с
помощью лазерного излучения.
ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ
Существуют оптические диски новых форматов:
HD
DVD ёмкостью 15 Гбайт однослойные и 30 Гбайт двухслойные
Blu-Ray
Disc ёмкостью 25 Гбайт однослойные и 50 Гбайт двухслойные
Для работы с такими дисками необходимы специальные оптические приводы

17. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard
Disk Drive) — это запоминающее устройство большой ёмкости, в
котором носителями информации являются несменные круглые
жёсткие пластины, обе поверхности которых покрыты слоем
магнитного материала. Жесткие магнитные диски размещаются на
одной оси, они заключены в металлический корпус и вращающихся с
высокой угловой скоростью Жёсткие диски используется для
постоянного хранения информации — программ и данных. Ёмкость
жёстких дисков измеряется сотнями Гбайт
Flash-память – это энергонезависимый тип памяти, позволяющий
записывать и хранить информацию на микросхемах.

18. МАГИСТРАЛЬ (СИСТЕМНАЯ ШИНА)

Магистраль – устройство, которое осуществляет
взаимосвязь и обмен информацией между всеми
устройствами компьютера.
Магистраль включает в себя три многоразрядные шины,
представляющие собой многопроводные линии:
шину данных,
шину адреса,
шину управления.
По шине данных между устройствами передаются данные,
по шине адреса от процессора передаются адреса устройств
и ячеек памяти, по шине управления передаются
управляющие сигналы.
Основными характеристиками системной шины является
разрядность и частота

19.

Вопросы

Какие устройства ввода и вывода информации в
компьютер вы знаете?
Что такое компьютер?
Что такое системный блок?
Что такой процессор?
Функции процессора?

20. Ответы к вопросам

Клавиатура, мышка, скайнер и многие другие- относится к вводу,
а Принтер, Монитор, Колонки и наушники и другие — к выводу.
Компьютер– это универсальное электронное программноуправляемое устройство, предназначенное для автоматической
обработки, хранения и передачи информации.
Конструктивно большинство основных устройств компьютера
объединены в системном блоке, к которому подключаются
внешние устройства.
Процессор – центральное устройство компьютера, которое
осуществляет обработку информации, выполняя арифметические и
логические операции, заданные программой.
Функции процессора:
обработка данных по заданной программе путем выполнения
арифметических и логических операций;
программное управление работой устройств компьютера

05 — Архитектура персонального компьютераТема 3

• 3. 1 Принципы построения компьютера. Архитектура фон Неймана
• 3.2 Принцип работы машины фон Неймана
• 3.3 Архитектура и структура ПК
• 3.4 Строение компьютера

Ключові терміни:

адаптер, архитектура компьютера, архитектура с параллельными процессорами., интерфейс, классическая архитектура, контролер, машина фон Неймана, многомашинная вычислительная система, многопроцессорная архитектура, персональный компьютер, порт, структура компьютера

3.1 Принципы построения компьютера. Архитектура фон Неймана

В основу строения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, которые были сформулированы в 1945 году. Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей общей статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В следствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальные и сегодня.

В сущности, Нейману прибегло обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на них основе принципиально новое:

Рисунок 3.1 – Джон фон Нейман, 1945 г.

Использование двоичной системы исчисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой исчисления заключается в том, что устройства можно делать довольно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе исчисления также выполняются довольно просто.

Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, которая составляется из набора команд. Команды выполняются последовательно одна за одной. Созданием машины с программой, которая хранится в памяти, дало начало тому, что мы сегодня называем программированием.

Выборка программы по памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает адрес очередной команды, которая хранится в нем, на длину команды. А поскольку команды программы расположены в памяти одна за одной, то тем самым организовывается выборка цепочки команд из последовательно расположенных элементов памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер элемента памяти, содержащего следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор выполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе исчисления, то есть их образ записи одинаковый. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, которые и над данными.

Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, которая позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организовывается выполнения циклов и подпрограмм). Больше того, команды одной программы могут быть получены как результаты выполнения другой программы.

На этом принципе основанные методы трансляции ‒ перевода текста программы по языки программирования высокого уровня на язык конкретной машины

Принцип адресности: элементы памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любому элементу памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку коды.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, которые принципиально отличаются от последних. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, то есть они могут работать без “счетчика команд”, который указывает текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-нибудь переменной, что хранится в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

Главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, в калькуляторе). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно ж, остается неизменной, и очень простой.

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было программы, которая хранилась в памяти) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) нужно было потратить далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться года, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

3.2 Принцип работы машины фон Неймана

Машина фон Неймана  — устройство, которое состоит из запоминающего устройства (памяти) ‒ ЗУ, арифметико-логического устройства ‒ АЛУ, устройства управления – УУ, а также устройств ввода и вывода (рис. 3.2).

Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние элементы памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных каморках. В любой программе последняя команда должна быть командой завершения работы.

Рисунок 3.2 – Схема машины фон Неймана

Команда состоит из указания, какую операцию нужно выполнить (из возможных операций на данном «железе») и адресов элементов памяти, где хранятся данные, над которыми нужно выполнить указанную операцию, а также адреса ячеек, куда нужно записать результат (если его нужно сохранить в ЗУ).

Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными.

Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное отличие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройстве вывода (принтер, монитор и др. ) поступают так, как удобно человеку.

УУ руководит всеми частями компьютера. От устройства, которое управляет, на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии.

Устройство, которое управляет, содержит специальный регистр, который называется «Счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ прочитывает из памяти содержимое элемента памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство – «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера.

В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, таким образом, указывает на следующую команду программы. Когда нужно выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отдаленную от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда нужно передать управление.

3.3 Архитектура и структура ПК

При рассмотрении компьютерных устройств приняты различать их архитектуру и структуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, который включает описание предназначенных для пользователя возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и так далее. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые разные устройства – от основных логических узлов компьютера до простых схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Наиболее распространенными есть такие архитектурные решения (рис. 3.3):

Рисунок 3.3 – Существующие типы архитектур компьютеров

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) – одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер.

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, которая называется системной магистралью.

Физически магистраль есть многопроводной линией с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

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

Контролер – устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, которая имеет общую оперативную память и несколько процессоров, представленная на рис.1.3.

Многомашинная вычислительная система -несколько процессоров, которые входят в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется довольно широко. Однако эффект от употребления такой вычислительной системы может быть получен лишь при решении задач, которые имеют очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.

Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это значит, что множество данных может обрабатываться одной программой – то есть по одним потоком команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить лишь на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на разных однотипных наборах данных.

3.4 Строение компьютера

Рассмотрим устройство компьютера на примере наиболее распространенной компьютерной системы – персонального компьютера. Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры по обыкновению проецируются на основе принципа открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры состоит в следующем:

• регламентируются и стандартизируются лишь описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собрать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями;
• компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширяющих гнезд, в которые пользователь может вставлять всяческие устройства, которые удовлетворяют заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины согласно своим личным преимуществам.

Упрощенная блок-схема, которая отображает основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Общая структура персонального компьютера

Для того, чтобы соединить друг с другом разные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter – между, и face – лицо).

Интерфейс – это средство согласования двух приборов, в которых все физические и логические параметры соглашаются между собой.

Если интерфейс есть общепринятым, например, утвержденным на уровне международных соглашений, то он называется стандартным. Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связанный с шиной определенного типа – адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не непосредственно, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты приблизительно по такой схеме (рис. 3.5):

Рисунок 3.5 – Схема подключения прибора к шины

Контролерами и адаптерами являются наборы электронных цепей, которыми обеспечиваются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контролеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Портами устройств есть какие-то электронные схемы, которые содержат один или несколько регистров ввода-вывода, и что позволяют подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы). Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами – побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

К последовательному порту обычно подсоединяют те устройства, которые медленно действуют или довольно отдаленные устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют «более быстрые» устройства – принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяют джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые являются просто разъемами.

Основные электронные компоненты, которые определяют архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (Motherboard). А контролеры и адаптеры дополнительных устройств, или сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (Dаughterboard – дочерняя плата) и подключаются к шины с помощью разъемов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot – щель, паз).

Примечание по базовой структуре компьютера

Три компонента формируют базовую структуру и функции компьютера. Этими тремя компонентами являются устройства ввода, управляющий процессор (ЦП) и устройства вывода. Центральный процессор (CPU) также можно разделить на две части, которые образуют базовую структуру компьютеров. Этими двумя частями являются арифметико-логическое устройство (АЛУ) и блок управления (УУ). Блок управления отвечает за управление работой процессора. Арифметико-логическое устройство отвечает за функции обработки данных.

Структура компьютера

Все типы компьютеров имеют одинаковую базовую структуру и функции. Все они следуют основным операциям. Эти операции отвечают за преобразование необработанных входных данных в некоторую информацию, полезную для пользователей компьютеров. Эта базовая структура включает в себя блок ввода, ЦП (центральный процессор) и блок вывода.

• Блок ввода

Блоки ввода — это компоненты или устройства компьютера, с помощью которых мы можем вводить любые данные в компьютер. Устройства ввода отвечают за преобразование всей информации, которую мы добавляем в компьютер, в форму, понятную только компьютеру. Все типы компьютеров имеют блок ввода.

Центральный процессор или ЦП известен как мозг компьютера. Центральный процессор играет важную роль в формировании базовой структуры компьютеров. ПРОЦЕССОР. Он выполняет все операции с данными. ЦП отвечает за хранение данных, промежуточные результаты и инструкции программ. Центральный процессор управляет работой каждой части компьютера.

ЦП состоит из трех компонентов. Эти три компонента:

1. Блок управления

2. Блок памяти

3. АЛУ или арифметико-логическое устройство

• Блок вывода

Известно устройство, которое помогает нам получать всю необходимую информацию от компьютера как единица вывода. Устройство вывода действует как связующее звено между пользователями и компьютерами. Устройства вывода отвечают за преобразование вывода компьютера в форму, понятную пользователям.

Блок памяти

Еще одним важным компонентом всех типов компьютеров является блок памяти. Блок памяти — это место, где хранятся все данные, такие как программы и файлы. ЦП становится легко и быстро получать доступ ко всей информации через блок памяти.

Два типа блоков памяти являются основными. Этими двумя типами являются RAM или оперативная память и ROM или постоянная память.

ОЗУ отвечает за хранение данных при использовании, тогда как ПЗУ отвечает за сохранение данных при отключении питания. Тип памяти и размер памяти определяют производительность системы компьютеров. Они также составляют основную структуру компьютеров. Скорость загрузки программы также зависит от объема памяти. Важно иметь достаточно оперативной памяти из-за всех проектов и внесенных в них изменений.

Блок управления 

Все знают о центральном процессоре (ЦП), но есть еще один компонент, влияющий на обработку данных. Этот блок известен как блок управления. Блок управления не получает никакой информации от пользователей; скорее, он отвечает за отправку команд другим компонентам компьютера, например, декодеру команд и регистру. Блок управления компьютером сильно влияет на все, что происходит внутри компьютера.

Он обрабатывает все, от выполнения инструкций до запуска программ. Блок управления не имеет физической формы, но, тем не менее, он формирует базовую структуру компьютера.

Заключение 

Базовая структура компьютеров — это компоненты, от которых зависит производительность и функционирование компьютера. Это простая концепция, которая описывает, как любые данные вводятся в центральный процессор с помощью устройств ввода, таких как мышь, сканер, клавиатура, джойстик и другие, и выводятся на экран устройством вывода. Есть три компонента базовой структуры компьютера. Этими компонентами являются блок обработки данных (ЦП), блок ввода и блок вывода. Блоки памяти и блок управления также составляют основную структуру компьютера. Блок памяти хранит данные, а блок управления отправляет команды. Чтобы выполнить любую задачу на компьютере, необходимо сначала ввести данные или инструкции в компьютер. Компьютерная функция определяет, как компьютерная система работает и действует на основе базовой структуры в практической среде.

Что такое архитектура компьютера? — University of Sunderland

Компьютеры являются ключевой частью нашей повседневной жизни, от машин, которые мы используем для работы, до смартфонов и смарт-часов, на которые мы полагаемся.

Все компьютеры, независимо от их размера, основаны на наборе правил, определяющих, как программное и аппаратное обеспечение объединяются и взаимодействуют друг с другом, чтобы заставить их работать. Это то, что известно как компьютерная архитектура. В этой статье мы собираемся углубиться в то, что на самом деле представляет собой компьютерная архитектура.

Компьютерная архитектура — это организация компонентов, составляющих компьютерную систему, и значение операций, определяющих ее функции. Он определяет, что видно в машинном интерфейсе, на который нацелены языки программирования и их компиляторы.

Три категории компьютерной архитектуры

Существуют три категории компьютерной архитектуры, и все они работают вместе, чтобы заставить машину функционировать.

Проект системы

Проект системы включает в себя все аппаратные части компьютера, включая процессоры данных, мультипроцессоры, контроллеры памяти и прямой доступ к памяти. Он также включает в себя графический процессор (GPU). Эта часть представляет собой физическую компьютерную систему.

Архитектура набора инструкций (ISA)

Сюда входят функции и возможности центрального процессора (ЦП). Это встроенный язык программирования, который определяет, какие программы он может выполнять или обрабатывать. Эта часть представляет собой программное обеспечение, которое обеспечивает работу компьютера, например операционные системы, такие как Windows на ПК или iOS на Apple iPhone, и включает в себя форматы данных и запрограммированный набор инструкций.

Микроархитектура

Микроархитектура также известна как компьютерная организация и определяет элементы обработки и хранения данных и то, как они должны быть реализованы в ISA. Это аппаратная реализация того, как ISA реализована в конкретном процессоре.

Эволюция процессоров

Компьютер со сложным набором команд (CISC) и компьютер с сокращенным набором команд (RISC) — два основных подхода к архитектуре процессора.

Процессоры CISC имеют один процессор, внешнюю память и небольшой набор регистров с сотнями различных инструкций. Эти процессоры имеют одну инструкцию для выполнения задачи и имеют то преимущество, что облегчают работу программиста, поскольку для выполнения работы требуется меньше строк кода. Этот подход использует меньше памяти, но выполнение инструкций может занять больше времени.

Архитектура RISC стала результатом переосмысления, которое привело к разработке высокопроизводительных процессоров. Аппаратное обеспечение максимально простое и быстрое, а сложные инструкции можно выполнять с помощью более простых инструкций.

Микропроцессоры — это цифровые системы, которые считывают и выполняют инструкции машинного языка. Инструкции представлены в символическом формате, называемом языком ассемблера. Это процессоры, реализованные на одной интегральной схеме. В настоящее время широко используются микропроцессоры серии Intel Pentium, IBM PowerPC и Sun SPARC. Почти все современные процессоры являются микропроцессорами, которые часто входят в стандартную комплектацию машин фон Неймана.

Архитектура фон Неймана

Математик Джон фон Нейман и его коллеги в 1945 году предложили архитектуру фон Неймана, согласно которой компьютер состоит из: процессора с арифметико-логическим устройством (АЛУ) и блока управления; блок памяти, который может напрямую связываться с процессором с помощью соединений, называемых шинами; разъемы для устройств ввода/вывода; и вторичное хранилище для сохранения и резервного копирования данных.

Основная вычислительная концепция этой архитектуры заключается в том, что инструкции и данные загружаются в один и тот же блок памяти, который является основной памятью компьютера и состоит из набора адресуемых ячеек. Затем процессор может получить доступ к инструкциям и данным, необходимым для выполнения компьютерной программы, используя выделенные соединения, называемые шинами — адресную шину, которая используется для идентификации адресованного местоположения, и шину данных, которая используется для передачи содержимого в место и из места. .

Плюсы и минусы архитектуры фон Неймана

Компьютеры как физические объекты сильно изменились за 76 лет, прошедших с тех пор, как была предложена архитектура фон Неймана. Суперкомпьютеры в 1940-х годах занимали целую комнату, но имели очень простую функциональность по сравнению с современными умными часами, которые имеют небольшой размер, но имеют значительно более высокую производительность. Однако по своей сути компьютеры изменились очень мало, и почти все компьютеры, созданные с тех пор и до сих пор, работали практически на одной и той же архитектуре фон Неймана.

Архитектура фон Неймана оказалась столь успешной по ряду причин. Его относительно легко реализовать на аппаратном уровне, а машины фон Неймана детерминированы и интроспективны. Их можно описать математически, и каждый шаг их вычислительного процесса понятен. Вы также можете положиться на них, чтобы всегда генерировать один и тот же результат на одном наборе входных данных.

Самая большая проблема с машинами фон Неймана заключается в том, что их сложно закодировать. Это привело к развитию компьютерного программирования, которое берет проблемы реального мира и объясняет их машинам фон Неймана.

При написании программы алгоритм сводится к формальным инструкциям, которым может следовать машина фон Неймана. Однако проблема заключается в том, что не все алгоритмы и задачи легко свести к минимуму, оставив нерешенными проблемы.

Гарвардская архитектура

Другой популярной компьютерной архитектурой, хотя и менее популярной, чем архитектура фон Неймана, является гарвардская архитектура.