Нюансы функциональной схемы современного компютера. Схема компьютера


Радиосхемы. - Для компьютера

Радиотехника начинающимперейти в раздел

Букварь телемастераперейти в раздел

Основы спутникового телевиденияперейти в раздел

Каталог схемперейти в раздел

Литератураперейти в раздел

Статьиперейти в раздел

Схемы телевизоровперейти в раздел

Файловое хранилищеперейти в раздел

Доска объявленийперейти в раздел

Радиодетали и ремонт в Вашем городеперейти в раздел

ФОРУМперейти в раздел

Справочные материалыСправочная литератураМикросхемыПрочее

radio-uchebnik.ru

Функциональная схема компьютера

Скоро останутся лишь две группы работников: те, кто контролирует компьютеры, и те, кого контролируют компьютеры. Постарайтесь попасть в первую.

Льюис Д. Эйген(известный специалист по менеджменту)

Компьютер – это сложное устройство, объединяющее множество различных электронных, электрических, а зачастую также и механических компонентов. Каким образом осуществляется их взаимодействие, какова схема расположения отдельных элементов компьютера, иными словами, что представляет собой функциональная схема компьютера? Это далеко не праздный вопрос, поскольку от того, насколько хорошо вы знаете устройство вашего ПК(Персонального Компьютера), зависят ваши затраты на обслуживание компьютера и его усовершенствование. Кроме того, от этого зависит степень эффективности вашего ПК как рабочего инструмента или игрового аксессуара.

Следует отметить, что хотя компьютерное оборудование все время усовершенствуется, тем не менее, функциональная схема компьютера, а также набор основных систем компьютера в течение нескольких поколений не претерпевает серьезных изменений. В деталях может меняться лишь схема взаимодействия отдельных частей компьютера.

Содержание статьи

Основные системы

Все компьютерное оборудование можно разделить на несколько подсистем. Главными из них являются следующие:

  1. Процессор
  2. Память
  3. Устройства ввода-вывода

Взаимодействие отдельных подсистем компьютера

В отдельную, но важную подсистему можно выделить вспомогательные и обслуживающие устройства, такие, как микросхему BIOS, генератор тактовых импульсов, системный таймер, чипсеты, то есть наборы микросхем для управления оборудованием. Также не стоит забывать и о системе питания компьютера.

Здесь мы не будем затрагивать вопросы физического размещения отдельных систем, поскольку, например, различные компоненты системы ввода-вывода, а также различные виды памяти могут располагаться как за пределами материнской платы ПК, так и на ней.

Главным компонентом компьютера, его сердцем, является центральный процессор. Впрочем, следует отметить, что процессоров в современных компьютерных системах  может быть и несколько. Главная функция процессора — обработка данных. Данные непрерывно поступают в процессор из памяти и туда же отправляются после обработки. Память хранит эти данные в течение необходимого количества времени, а устройства ввода-вывода отвечают за прием или передачу данных за пределы компьютера – конечным пользователям или другим ПК и устройствам.

Память ПК делится на внешнюю и внутреннюю. К внутренней памяти относится оперативная память (ОЗУ), а также постоянная память (ПЗУ). К внешней памяти относятся жесткие диски, системы для чтения информации со съемных магнитных и оптических носителей (флоппи-дисководы, CD-  и DVD-дисководы), флеш-накопители, и.т.д.

К системам ввода относятся такие компоненты компьютера, как клавиатура, до сих пор являющаяся базовым устройством ввода, а также мышь. Кроме того, в качестве устройств ввода могут выступать джойстик, сканер, графический планшет, тачпад, ТВ-тюнер, и многие другие устройства.

Главное устройство вывода, знакомое практически всем пользователям – это монитор. Кроме того, к устройствам вывода относятся принтер, звуковая карта и другие устройства.

К системам ввода/вывода также относятся порты ввода/вывода, такие, как LPT, COM, USB, сетевые карты, модемы, и.т.д.

Шины – артерии компьютера

Для передачи данных между отдельными компонентами компьютера служат шины, представляющие собой набор проводников, по которым передаются данные. Так, процессор связывается с чипсетом материнской платы при помощи системной шины, которая делится на несколько элементов — шину данных, шину адреса и шину управления. С оперативной памятью процессор связан при помощи шины памяти. Правда, стоит отметить, что в старых компьютерах, на которых контроллер памяти располагался отдельно от процессора, шина памяти соединяла память не с процессором напрямую, а  именно с этим контроллером.

Как процессор, так и шины работают на определенной частоте, определяемой количеством тактов работы за секунду. Например, процессор может работать на частоте в 4 ГГц, шина PCI Express – в 2,5 ГГц, системная шина – в 800 МГц. Тем не менее, частота работы устройства не всегда прямо пропорциональная его быстродействию, поскольку за один такт может производиться несколько операций, а может и ни одной.

Функциональная схема современного компьютера

Процессор и память соединяются посредством контроллеров материнской платы с устройствами ввода и вывода при помощи шин ввода-вывода. Существует два основных варианта шин ввода-вывода – внутренние и внешние. Внутренние встроены в саму материнскую плату, а внешние могут присоединяться к ней и отсоединяться. К внутренним относятся такие шины, как PCI, ISA, AGP, PCI Express, к внешним – IDE, SATA, USB, и.т.д.

Заключение

В этой статье мы вкратце рассказали о том, что представляет собой функциональная схема компьютера, что включают его основные подсистемы, для чего они предназначены и какие компоненты в них входят. Эта схема важна для пользователя как средство понимания принципов работы основных систем и компонентов компьютера.

Порекомендуйте Друзьям статью:

biosgid.ru

Билет №2. Общая схема компьютера. Основные устройства компью­тера и их функции

Билет №2. Общая схема компьютера. Основные устройства компью­тера и их функции.

Компьютер – это машина, работающая от электрической сети, состоящая из взаимосвязанных блоков и предназначена для ввода, хранения, обработки и вывода информации.

Аппаратной основой ПК является системная (материнская) плата, на ней размещаются наиболее важные элементы ПК, располагаются магистрали, связывающие процессор с остальными электронными компонентами компьютера.

Стандартная конфигурация – системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

С помощью клавиатуры мы вводим алфавитно-цифровые данные и управляем работой ПК. Она относится к устройствам ввода. Для работы в режиме национального алфавита используется специальная программа ­– драйвер клавиатуры.

Монитор предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монитор работает под управлением специального аппаратного устройства – видеоадаптера, который предусматривает 2 возможных режима – текстовый и графический. Для работы с мультимедийными приложениями в реальном режиме желательно иметь соответствующий видеоадаптер.

Мышь – представляет собой устройство управления курсором, позволяющее упростить работу с большинством программных продуктов.

Принтер предназначен для вывода информации на бумагу от вывода обычной текстовой информации до построения сложных графических изображений. По способу получения оттиска принтеры подразделяются на матричные, струйные, лазерные. Струйные обеспечивают более высокое качество печати (возможность печатать в цвете) и скорость. Лазерные дают близкие к типографскому по качеству печати, скорость высокая и позволяет непрерывную печать больших объемов.

Сканер – устройство для ввода информации (текста, рисунка, фотографии).

Модем обеспечивает взаимодействие ПК и передачу данных через сеть.

Плоттер – устройство для вывода графиков, диаграмм.

Источник бесперебойного питания – обеспечивает работу компьютера при колебаниях напряжения в сети (вплоть до полного отключения).

Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок или наушников, подключённых к выходу звуковой платы.

Для ввода звуковой информации звуковой информации предназначен микрофон, подключённый к входу звуковой платы.

Системный блок:

микропроцессор (МП) – «мозг» машины предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой ПК. Процессор может обрабатывать различные виды информации: числовую, текстовую, графическую, видео и звуковую. Он является электронным устройством, поэтому различные виды информации должны в нем обрабатываться в форме последовательности электрических импульсов. Такие импульсы можно записать в виде последовательности 0 и 1, которые называются машинным языком. Процессор можно рассматривать как устройство способное осуществлять арифметические и логические операции над числами, представленными в виде 0 и 1.

Информация, вводимая в ПК хранится в памяти ПК. Память – это совокупность специальных электронных ячеек, которые нумеруются, при этом номер ячейки называется её адресом. Память обеспечивается двумя устройствами: постоянным (ПЗУ) и оперативным (ОЗУ). ПЗУ имеет совсем маленький объем, но записанная в неё программа хранится вечно. Оперативная память имеет объем до нескольких Гбайт и при выключении ПК информация теряется.

Жёсткий диск (винчестер) предназначен для постоянного хранения информации.

Для обмена программами и данными между ПК используются дискеты, а устройство, которое обеспечивает чтение и запись с дискет называется дисководом.

CD, DVD позволяет чтение и запись на компакт-диск, флэш-память позволяет хранить и записывать большой объём информации.

Для обращения к дискам используются обозначения А:, винчестер С:, D: и др.

Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально-модульном принципе.

Под архитектурой компьютера понимается совокупность его устройств, способ взаимосвязи устройств друг с другом (структура). Архитектура ПК определяет ресурсы, которые могут быть выделены процессу обработки данных.

Модулем ПК будем называть любое относительно самостоятельное устройство компьютера (процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.)

Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Устройства компьютера соединяются между собой информационными магистралями. Среди них особую роль играет системная магистраль.

 

Системная магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино центральные устройства (процессор, оперативная память) с периферийными устройствами (клавиатура, принтер, винчестер и т.д.) через устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры).

Системная магистраль осуществляет обмен информацией по трем многоразрядным шинам, соединяющим модули:

  • -         шина данных,

  • -         шина адресов,

  • -         шина управления.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

 

К основным режимам использования шины передачи данных можно отнести следующие:

  • -         запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств;

  • -         чтение данных с устройств ввода;

  • -         пересылка данных на устройства вывода.

То есть шина данных является двунаправленной.

 

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т.е. шина адресов однонаправленная.

 

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

 

Подключение устройств компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами.

Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает, отвечает лишь соответствующий контроллер. Поэтому внешние (периферийные) устройства ПК заменяемы, и набор таких модулей произволен.

 

Драйвер – это программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с соответствующим устройством вычислительной системы (драйвер клавиатуры, драйвер принтера и т.п.).

Драйвер обрабатывает прерывания обслуживаемого устройства, поддерживает очередь запросов к нему и преобразует запросы в команды управления устройством.

refdb.ru

Структурная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их назначение

Структурная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их назначение.

 

Компьютер состоит из нескольких устройств - модулей, соединенных между собой внутренней магистралью или шиной. Такой принцип построения компьютера называют магистрально - модульным. Рассмотрим рисунок:

В центре рисунка обозначена внутренняя магистраль. Упрощенно ее можно представить как систему проводников (проводов и других соединений), предназначенных для передачи информации между различными устройствами. Внутреннюю магистраль зачастую называют внутренней или системной шиной. Каждая стрелка на рисунке обозначает направление передачи информации от одного устройства к другому. Например, процессор может получать информацию по внутренней магистрали от какого-либо устройства и передавать информацию по магистрали любому устройству.

Рассмотрим каждый модуль в отдельности.

I. Процессор - это центральная часть ЭВМ, предназначенная для организации работы машины по заданной программе и построенная на одной или нескольких интегральных схемах. Процессоры выполняют две основные функции: обработка данных и управление вычислительной машиной. Процессор - представляет собой большую интегральную схему (БИС), состоящую из нескольких тысяч электронных компонентов (транзисторов, резисторов и т.д.), которые монтируются чаще всего на кристалле кремния. Различают однокристальные и многокристальные процессоры. Однокристальными или микропроцессорами называют те из них, которые содержат лишь 1 кристалл. Соответственно многокристальные - это те, которые содержат 2 и более кристаллов в зависимости от конструкции.

Основными параметрами любого процессора являются: степень интеграции, разрядность, тактовая частота и адресное пространство.

Степень интеграции - это величина, показывающая, какое количество элементов располагается на кристаллах процессора. Современные процессоры имеют очень большую степень интеграции (несколько миллионов элементов на кристалле). Чем больше степень интеграции, тем выше сложность процессора, а следовательно, выше его функциональные возможности, тем ближе расположены внутренние компоненты процессора друг к другу, следовательно, повышается его быстродействие и т. д.

Под разрядностью понимают количество информации, обрабатываемое процессором за единицу времени. Поскольку количество информации измеряемся в битах, то и, говоря о разрядности, употребляют эту величину. Существуют 8-, 16-, 32-, 64- разрядные процессоры. Чем большее число бит за единицу времени может обработать процессор, тем выше его быстродействие.

Чтобы ввести понятие тактовой частоты, необходимо рассмотреть вопрос об алгоритме работы процессора. Итак, в упрощенном виде процессор работает по следующей схеме:

  • из определенной ячейки памяти, называемой системным регистром (точное название IP — указатель команд) извлекается адрес команды, которую необходимо выполнить;
  • процессор обращается по выбранному адресу и считывает команду;
  • если команда требует для выполнения дополнительных параметров или данных, они считываются из памяти;
  • выполняется считанная команда, а в регистр состояния процессора помещается адрес следующей команды.
Все эти действия называют тактом работы процессора. Тактовой частотой называют количество тактов, выполняемых процессором за единицу времени. Поскольку частоту принято измерять в герцах, то и тактовую частоту процессора измеряют в этой величине. Чаще используются производные величины – КГц, МГц и ГГц.

Адресное пространство процессора - это величина указывающая, к какому количеству ячеек памяти может обращаться процессор. Проще говоря, это количество памяти, доступное процессору для работы (“видимое” процессором). Наибольшее распространение в наше время получили ЭВМ на базе процессоров фирмы INTEL, о них в дальнейшем и поговорим.

Первый процессор, предназначенный для персональных ЭВМ, вышел под маркой i8086 в июне 1978 года. Его характеристики: разрядность 16 бит, тактовая частота 4 - 8 Мгц, адресное пространство 1 Мб. Таким образом, говоря об этой модели процессора и его адресном пространстве, указывают, что он может адресовать примерно 1000000 ячеек памяти. Эта модель собиралась из 29000 транзисторов. Следующий процессор этой серии марки i80286 (февраль 1982 г.) обладал следующими параметрами: разрядность 16 бит, тактовая частота - до 20 МГц, адресное пространство 16 Мб, т.е. он мог адресовать уже 16000000 ячеек. Процессоры 286 серии строились на базе 134000 транзисторов.

Параметры этих и других процессоров фирмы INTEL можно узнать из таблицы.

Процессор Разрядность Тактовая частота Адресное пространство Кол-во транзисторов
i80386 16 - 32 бита до 40 Мгц 16 Мб - 4 Гб 275000
i486 32 бита до 120 Мгц 4 Гб 1185000 – 1600000
Pentium 64 бита до 233 Мгц 4 Гб 3100000
Pentium II 64 бита до 450 Мгц 4 Гб Нет данных
Pentium III 64 бита до 1,4 Ггц 4 ГБ Нет данных
Pentium 4 64 бита 2,4 Ггц 4 Гб Нет данных
Для определения параметров современных процессоров Intel, таких как I5, I7 или Xeon, а так же не менее распространенных продуктов компании AMD, можно посоветовать обратиться к официальным сайтам данных компаний (www.intel.com, www.amd.com) II. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (оперативная память), предназначено для хранения программ и данных в процессе работы ЭВМ. Информация в ОЗУ хранится до тех пор, пока не будет получена команда от процессора о ее стирании или пока компьютер не будет выключен (т. е. эта память энергозависима).

Важной характеристикой оперативной памяти является ее быстродействие. Эта величина обозначает скорость, с которой информация может быть помещена в ОЗУ или считана из него. Быстродействие оперативной памяти принято измерять в наносекундах (нс).

ОЗУ (по-английски RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) состоит из отдельных ячеек памяти. Каждая ячейка может хранить 1 байт информации. Все ячейки памяти нумеруются от 0 до некоторого максимального числа, называемого емкостью памяти.

В компьютерах совместимых с IBM до недавнего времени была принята следующая организация оперативной памяти:

Память от 0 до 640 Кб называют основной, так как именно она используется для выполнения большинством программ. Свыше 640 Кб и до 1 Мб располагается так называемая верхняя память, используемая ЭВМ для «своих нужд», здесь находятся специализированные программы и данные, необходимые для обеспечения нормальной работоспособности компьютера. Лишь используя специальное программное обеспечение, можно часть программ из основной памяти перенести в верхнюю, сохранив при этом их работоспособность. Для большинства современных IBM-совместимых компьютеров минимально допустимый объем памяти равен 1 Мб ( т. е. основная плюс верхняя память). В компьютер на практике устанавливается ОЗУ больше, чем 1 Мб. Так если в машине находится всего 8 Мб оперативной памяти, то 7 из них будут являться расширенным ОЗУ.

III. ПЗУ (английская аббревиатура ROM) - постоянное запоминающее устройство, предназначено для хранения информации, требуемой для работы ЭВМ все время.

Информация в ПЗУ заносится при изготовлении и никогда не изменяется, т.е. такая память является энергонезависимой. Т.о., процессор может получать данные из ПЗУ, но не может их туда поместить. Необходимо отметить, что существуют и так называемые ППЗУ - полупостоянные запоминающие устройства, позволяющие при необходимости стереть записанную ранее информацию и заменить ее новой.

IV. Устройства ввода. Под устройством ввода понимают любое аппаратное средство, позволяющее ввести информацию в ЭВМ. Наиболее распространенным устройством этого типа является клавиатура компьютера. Перечислим также некоторые другие устройства ввода: «мышь», манипулятор типа «джойстик», сканер, «световое перо», дигитайзер, устройство для чтения компакт дисков CD-ROM и т.д.

V. Устройства вывода. Полученные в процессе обработки информации результаты необходимо вывести, то есть сообщить их пользователю. Для этого используются устройства вывода информации. К ним относятся: монитор, принтер, графопостроитель, и т.п. Все подобные устройства могут лишь выводить информацию из компьютера.

Если компьютер оборудовать только устройствами ввода и устройствами вывода, даже самыми совершенными, то у него будет один, но существенный недостаток - отсутствие возможности запомнить на неограниченный срок однажды введенные программу и данные, ведь при выключении питания содержимое ОЗУ будет потерянно и после очередного включения ЭВМ программу пришлось бы вводить снова.

VI.Устройства, позволяющие производить как ввод, так и вывод информации, называют устройствами ввода - вывода (УВВ). Как правило, подобные устройства используют магнитный метод записи информации, напоминающий тот, который используется в обычных бытовых магнитофонах. К УВВ относят: накопитель на гибких магнитных дисках или floppy disk drive, накопитель на жестких магнитных дисках или hard disk drive, магнитооптические дисководы, стримеры (накопители на магнитной ленте) и др.

Для характеристики устройств вода вывода используется четыре понятия:

1) Емкость УВВ - это понятие обозначает максимальное количество информации способное храниться на данном устройстве. Т.к. емкость определяет количество информации, то и измеряется она тоже в байтах и производных (Кб, Мб и т.д.) единицах. Для гибких дисков существуют следующие значения этой величины 5,25” – 360Кб и 1,2Мб; 3,5” – 720Кб, 1,44Мб и 2,88Мб. Емкость жестких дисков может колебаться в интервале примерно от 20Мб до 15 – 20Гб в зависимости от типа интерфейса.

2) Время доступа к УВВ - это интервал времени с момента обращения к устройству внешней памяти (с целью запоминания или извлечения информации) до момента начала передачи информации. Эта величина измеряется в секундах.

3) Скорость передачи данных - это объем информации, передаваемой между ОЗУ и УВВ за единицу времени. Эта величина измеряется в битах в секунду (бит/с).

4) Интерфейс УВВ – совокупность линий и шин, управляющих сигналов, электронных схем и правил обмена информацией между УВВ и другими устройствами компьютера. Наиболее распространены следующие типы интерфейсов УВВ: FM, MFM, RLL, IDE, SCSI, а так же их модификации.

 

mognovse.ru