обработку информации. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами
компьютера - монитором, дисками, принтером и т.д., реализованы на отдельных
платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате -
слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока
питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий
металлический или пластмассовый корпус - системный блок.
Обычно персональные компьютеры состоят из трех блоков: системного
блока; клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер; монитора (или
дисплея) - для изображения текстовой и графической информации. Компьютеры
выпускаются также в портативном варианте - в “наколенном” (лэптор) или
“блокнотном” (ноутбук) исполнении. Хотя из этих частей компьютера системный
блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере
“главным”. В нем располагаются все основные узлы компьютера:
- электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор,
оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
- блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого
напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
- накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для
чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
- накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и
записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).
К системному блоку компьютера можно подключать различные устройства
ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.
Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы),
находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме
монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:
- принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;
- мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
- джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой,
употребляющийся в основном для компьютерных игр;
а также другие устройства.
Подключение этих устройств выполняется с помощью специальных проводов
(кабелей). Для защиты от ошибок разъемы для вставки этих кабелей сделаны
разными, так что кабель просто не воткнется в неподходящее гнездо.
Некоторые кабели (например, для подсоединения монитора или принтера)
закрепляются помощью винтов.
Отдельные устройства могут вставляться внутрь системного блока
компьютера, например:
- модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную
сеть;
- факс-модем - сочетает возможности модема и телефакса;
- стример - для хранения данных на магнитной ленте.
Другие устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов
для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ
подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная
плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство
подсоединяется к этой плате кабелем.
Логическое устройство компьютера
Микропроцессор.
Самым главным элементом в компьютере, его “мозгом”, является
микропроцессор - небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема,
выполняющая все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет
производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько
десятков или даже сотен миллионов операций в секунду, которая во многом
определяет быстродействие компьютера. Он осуществляет выполнение программ,
работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств
компьютера. Микропроцессоры отличаются друг от друга и типом (моделью) и
тактовой частотой. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную
тактовую частоту - чем она выше, тем выше производительность компьютера.
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов)
микропроцессор выполняет в одну секунду, и измеряется в мегагерцах (Мгц).
(Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное
число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше
тактов требуется для их выполнения.)
Сопроцессор.
В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много
математических вычислений, к основному микропроцессору добавляют
математический сопроцессор. Если микропроцессор не содержит специальных
команд для работы с числами с плавающей точкой, то при проведении расчетов
с вещественными числами каждая операция над ними моделируется с помощью
нескольких десятков операций микропроцессора. Это сильно снижает
эффективность применения компьютера для научных вычислений, при
использовании машинной графики и для других применений с интенсивным
использованием чисел с плавающей точкой. Поэтому в этих случаях следует
использовать компьютеры с установленным математическим сопроцессором.
Наличие сопроцессора может увеличить скорость выполнения операций с
плавающей точкой в 5-15 раз. (Микропроцессоры Intel-80486DX и Pentium сами
поддерживают операции с плавающей точкой, поэтому при их использовании
математический сопроцессор не требуется.)
Оперативная память.
Следующим очень важным элементом компьютера является оперативная
память. Именно из нее процессор и сопроцессор берут программы и исходные
данные для обработки, в нее они записывают полученные результаты. Название
“оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро,
так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или
записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока
компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти
стирается (за некоторыми исключениями). Емкость оперативной памяти в ПЭВМ
измеряется в Килобайтах и Мегабайтах. Иногда адресное пространство
увеличивается до Гигабайта. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ
емкость оперативной памяти составляет 1-16 Мбайт. В оперативной памяти
обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти
возможно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек
удобен при организации прерываний и обращении к подпрограммам.
Для достаточно быстрых компьютеров необходимо обеспечить быстрый
доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать и
быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут
оснащаться кэш-памятью, т.е. “сверхоперативной” памятью относительно
небольшого объема (обычно от 64 до 256 Кбайт), в которой хранятся наиболее
часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается
“между” микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении
микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-
памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к
обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные
содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.
Постоянная память является энергонезависимой и используется для
хранения системных программ, в частности, базовой системы ввода-вывода,
вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в постоянной памяти,
предназначены для постоянного использования микропроцессором.
Контроллеры и шина.
Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной
памяти находились программа и данные, которые попадают туда из различных
устройств компьютера - клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д.
Обычно эти устройства называют внешними, хотя некоторые из них могут
находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока.
Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства -
монитор, диски, принтер и т.д.
Таким образом, для работы компьютера необходим обмен информацией
между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется
вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым
внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются целых два
промежуточных звена:
1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная
схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или
адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут
управлять сразу несколькими устройствами.
2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и
оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в
просторечии обычно называют шиной. Тип системной магистрали передачи данных
внутри компьютера является важной характеристикой, которая определяет
возможности и диапазон применимости компьютера. Шина входит в состав
материнской (системной) платы. Все контроллеры внешних устройств, кроме
размещенных непосредственно на материнской плате, подключаются к компьютеру
путем вставки этих контроллеров в свободные разъемы (слоты) шины.
Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом
компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают
следующих типов:
- параллельные - к ним обычно подключаются принтеры;
- асинхронные последовательные - через них подсоединяются мышь, модем и
т.д.
- игровой порт - для подключения джойстика.
Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к
последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с
большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
