 |
Логическое устройство компьютера
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
1. Основные блоки IBM-PC - 3
2. Дополнительные устройства - 4
3. Логическое устройство компьютера - 5
4. Микропроцессор - 7
5. Математический сопроцессор - 10
6. Оперативная память - 10
7. Накопители на дискетах - 12
8. Накопители на жестком диске - 13
9. Мониторы - 13
10. Клавиатура - 14
ЛИТЕРАТУРА - 14
Архитектура ЭВМ
Основные блоки IBM PC
Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков), рис. 1:
• системного блока;
• клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
• монитора (или дисплея) — для изображения текстовой и графической информации.
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте — в «наколенном» (лэптор) или «блокнотном» (ноутбук) исполнении.
Рис. 1. Компьютер IBM PC (в настольном исполнении)
Рис. 2. Компьютер IBM PC (в блокнотном 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., см. ниже);
• 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).
На рисунке 1 видны передние панели дисководов для дискет и жесткого диска.
Дополнительные устройства
К системному блоку компьютера IBM PC 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, употребляется в основном для компьютерных игр;
• а также другие устройства.
Подключение этих устройств выполняется с помощью специальных проводов (кабелей).
Замечание. При включенном компьютере нельзя ни вставлять, ни вынимать кабели для подключения устройств — это может испортить компьютер.
Некоторые 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.
Некоторые устройства, например сканер (прибор 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. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel, а также совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
|
|
|
Сопроцессор. В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчетах), к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами. Новейшие микропроцессоры фирмы Intel (80486, Pentium, Pentiom Pro, Pentium II, Pentium III) сами умеют выполнять операции над вещественными числами, так что для них сопроцессоры не требуются.
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, о которых говорится ниже).
Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они 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, как это описывалось выше. 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.
Электронные платы. Для упрощения подключения устройств электронные схемы IBM PC состоят из нескольких модулей — электронных плат. На основной плате компьютера — системной, или материнской, плате — обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере — шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы.
Блок-схема. Изобразим изложенные сведения об устройстве компьютера на блок-схеме (рис. 3). Заметим, что на ней контроллер клавиатуры показан на системной плате — так обычно и делается, поскольку это упрощает изготовление, компьютера. Иногда на системной плате размещаются и контроллеры других устройств.
Контроллеры портов ввода-вывода. Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:
- параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обыкновенно подключаются принтеры;
- асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМЗ). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.;
- игровой порт — для подключения джойстика.
Рис. 3. Блок-схема устройства компьютера
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 числа проводов в кабеле).
|
|
|
Микропроцессор
Микропроцессор является «мозгом» компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, а иногда — совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Характеристики микропроцессоров. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту, — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Поэтому, например, микропроцессор Intel-80386 работает раза в два быстрее Intel-80286 с такой же тактовой частотой.
Модели микропроцессоров. Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT используют микропроцессор Intel-8088. В начале 80-х годов эти микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц, сейчас они выпускаются, как правило, с тактовой частотой от 166 до 600 МГц. Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называются Turbo-XT.
Модель IBM PC AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286, и ее производительность приблизительно в 4-5 раз больше, чем у IBM PC XT. Исходные варианты IBM PC AT работали на микропроцессорах с тактовой частотой 6 МГц. Микропроцессор Intel-80286 имеет несколько больше возможностей по сравнению с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на AT, будет работать и на XT.
В 1988-1991 гг. большая часть выпускаемых компьютеров была основана на достаточно мощном микропроцессоре Intel-80386. Этот микропроцессор (называемый также 80386DX) работает в 2 раза быстрее, чем работал бы 80286 с той же тактовой частотой. Обычный диапазон тактовой частоты 80386DX — от 25 до 40 МГц. Кроме того, 80386 имеет значительно больше возможностей по сравнению с Intel-8088, в частности содержит мощные средства для управления памятью и команды для 32-разрядных операций (в отличие от 16-разрядных 80286 и 8088).- Поэтому многие производители программного обеспечения разрабатывают программы специально для Intel-80386. Фирмой Intel разработан также микропроцессор Intel-80386SX, он ненамного дороже Intel-80286, но обладает теми же возможностями, что и Intel-80386, только при более низком быстродействии (приблизительно в 1,5-2 раза).
|
|
|
Получивший в последнее время широкое распространение микропроцессор Intel-80486 (или 80486DX) мало отличается от Intel-80386, но его производительность в 2—3 раза выше. Среди его особенностей следует отметить встроенную кэш-память (см. ниже) и встроенный математический сопроцессор. Фирмой Intel также разработаны более дешевый, но менее производительный вариант — 80486SX и более дорогой и более быстрый вариант — 80486DX2. Тактовая частота 80486 обычно находится в диапазоне 33-66 МГц.
В 1993 г. фирмой Intel был выпущен новый микропроцессор Pentium (ранее анонсировавшийся под названием 80586). Этот микропроцессор еще более мощен, особенно при вычислениях над вещественными числами.
Выбор типа микропроцессора. Быстродействие основного микропроцессора во многом определяет скорость работы всего компьютера и, тем самым, диапазон применения компьютера:
• компьютеры на основе микропроцессоров Intel-8088 (или Intel-8086) работают очень медленно, они уже полностью устарели и почти полностью вышли из употребления;
• компьютеры на основе микропроцессора Intel-80286 обеспечивают необходимое быстродействие для набора текстов, ввода исходных данных для бухгалтерских и аналогичных задач, большинства компьютерных игр и т.д. Однако новые компьютеры такого класса покупать вряд ли целесообразно, так как для работы с большинством современных программ с графическим интерфейсом (например, с программами, выполняемыми в среде Windows) они практически не пригодны;
• компьютеры на основе микропроцессоров Intel-80386SX и DX, Intel-80486SX обеспечивают достаточную вычислительную мощность для большинства рабочих мест под управлением как DOS, так и Windows: для программирования, работы с не очень большими базами данных, макетирования несложных изданий и т.д. Однако для комфортной работы в среде Windows лучше приобрести более мощный компьютер;
• микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 могут применяться для тех задач, где требуется высокое быстродействие компьютера: для файл-серверов больших локальных сетей, для мощных издательских, графических или анимационных программ, для решения серьезных вычислительных задач и т.д.;
• микропроцессор Pentium занимает все более лидирующие позиции на рынке, особенно в крупных городах. Его целесообразно применять для таких приложений, как воспроизведение видеоизображений в реальном времени, большие задачи трехмерного проектирования и моделирования, создания мощных файл-серверов и многопроцессорных систем.
|
|
|
