Реферат на тему «Архитектура ПК»

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Основные принципы построения современных ПК

Классическая архитектура фон Неймана

Основные правила подключение кабельной системы ПК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир невозможно представить без компьютеров.

Компьютер — это программируемое электронное устройство, которое может обрабатывать данные и выполнять вычисления. Существует два основных класса компьютеров:

— цифровые компьютеры, которые обрабатывают данные в виде числовых двоичных кодов;

— аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т. д.), которые являются аналогами расчетных величин.

Основу компьютеров составляют устройства, построенные в основном с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Компьютерная архитектура больше относится к логической организации, структурой и ресурсом, т. е. компьютерные системы учреждений, которые могут быть связаны с процессом обработки данных на определенный интервал времени.

Архитектура ПК определяет принцип работы, информационные связи и соединение основных логических узлов компьютера:

— центральный процессор;

— основная память;

— внешняя память;

— периферическое оборудование.

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, помещаются на материнскую плату компьютера, называемую системой или материнской платой. Контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, или сами эти устройства, изготавливаются в виде карт расширения и подключаются к шине с разъемами расширения, также называемыми слотами расширения. Изучение устройства компьютера и его основных показателей всегда будет актуально темой. Целью изучения является рассмотреть архитектуру ПК.

Основные принципы построения современных ПК

Архитектура персонального компьютера (ПК) состоит из структуры, отражающую общую основу ПК и его программное обеспечение.

Под структурой компьютера можно понимать комплекс элементов, как простые схемы, так и основные логические схемы, и конечно же стоит учитывать связь между всеми элементами. Архитектура компьютера контролирует и представляет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ПК, к которым относят процессор, оперативное запоминающее устройство, внешние запоминающие устройства и периферийные устройства.

Основным принципом построения всех современных компьютеров является программное управление. Основой принципа является представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

В основу архитектуры современных ПК заложен магистрально-модульный принцип. Компьютер можно без проблем можно разложить на части, либо их называют модули. Эти модули сами по себе самостоятельные механизмы компьютера, примером можно считать процессор, дисплей, сканер и др. Данное разделение на модули очень упрощает жизнь пользователям, так как не придется менять все, если что-то сломается, а также если просто захотелось модернизировать свою технику. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Для работы ПК как единого механизма необходимо осуществлять обмен данными между различными устройствами, за что отвечает системная (магистральная) шина, которая выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.

Основные особенности архитектуры ПК сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств. Подобная архитектура характеризуется ее открытостью – возможностью включения в ПК дополнительных устройств (системных и периферийных), а также возможностью простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения ПК.

Поскольку при использовании системной магистрали для обмена процессором с памятью необходимо учитывать пределы скорости самого ствола, значительно ускорить обмен данными с магистралью невозможно. Для решения этой проблемы был предложен следующий подход. Системная память подключена к специальной высокоскоростной шине вместо магистрали системы, которая удаленно находится ближе к процессору и не требует сложных буферов и больших расстояний. В этом случае обмен памятью идет с максимально возможной для процессора скоростью, и магистраль системы не замедляет его. Это решение стало особенно актуальным для роста производительности процессора. Таким образом, структура ПК из одношинной, которая применялась только в первых компьютерах, становится трехшинной.

Рисунок 1 — Трехшинная структура ПК

АЛУ и УУ в современных ПК образуют процессор. Процессор, который состоит из одной или нескольких больших интегральных схем, называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

Классическая архитектура фон Неймана

Джон фон Нейман, Герман Голдштейн и Артур Бёркс уже в 1946 году смогли выявить новейшие основы построения ЭВМ. На этих открытиях началось производство первого и второго поколение ПК.

Рассмотрим основу архитектуры ПК фон Неймана.

—        Появление и введение в процесс работы двоичной системы исчисления.

—        Управление компьютера с помощью различных программ.

—        Разработка устройства для хранения памяти – начало программирования.

—        Все команды и различные данные требуют определенного кодирования в двоичной системе исчисления.

—        Все хранящиеся ячейки обязательно должны иметь определенный номер адреса. Это позволяет программисту легко решать поставленные задачи.

—        Так называемый «условный» переход при работе в программе.

Также, можно считать, что основа заключается в том, что программа может изменяться, она не постоянный элемент механизма, а вот аппаратура – эта часть механизма, которая не изменяется и является очень простой.

Структура ПК, предложенная фон Нейманом представлена на рисунке 1.

Рисунок 2 — Структура ПК

Машина, компьютер фон Неймана состоял из запоминающего устройства (ЗУ), арифметико-логического устройства (АЛУ), устройство управления (УУ) и устройства ввода-вывода.

Комментарии к составляющим – АЛУ выполняет арифметические и логические операции; УУ определяет действия основных узлов механизма, т.е. компьютера, в определенном порядке в соответствии программой.

Данные поступают в АЛУ, через ввод в ЗУ. Команды программы обязательно записываются последовательно в определенные ячейки памяти, а вот данные для обработки записываются в произвольном порядке.

Команда состояла из указания операции, которую необходимо выполнить, и адресов ячеек памяти, в которых хранятся данные и над которыми необходимо выполнить нужную операцию, а также адреса ячейки, в которую необходимо записать результат (для хранения в ЗУ). Из АЛУ результаты выводятся в ЗУ или устройство вывода. Принципиально эти устройства отличаются тем, что в ЗУ данные хранятся в удобном для обработки ПК виде, а на устройства вывода (монитор, принтер и т.п.) в удобном для человека. От УУ на другие устройства поступают сигналы с командами, а от других устройств УУ получает информацию о результате их выполнения. В УУ содержится специальный регистр (ячейка) – счетчик команд, в который записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое соответствующей ячейки памяти 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. После выполнения команды счетчик команд увеличивается на 1 и указывает на следующую команду программы. При необходимости выполнения команды, которая не следует по порядку за текущей, специальная команда перехода содержит адрес ячейки, в которую нужно передать управление.

Основные правила подключение кабельной системы ПК

Кабельная система ПК представляет собой совокупность различной длины и диаметров кабелей (шнуров), которые подключаются либо все к компьютеру, либо к компьютеру и дополнительному устройству.

         Чаще всего все внутренние элементы ПК не требуют дополнительной установки, если только это не замена каких-либо компонентов. А вот установка присоединения дополнительных или вспомогательных устройств к компьютеру требует либо кабельной системы, либо же сейчас применяются wi-fi соединение.

Рассмотрим основные правила подключения ПК периферийного и мультимедийного оборудования.

1. Необходимо следить, чтоб кабели, ведущие из устройства, были сухими и чистыми, а также целыми.
2. Для подключения периферийного устройства, например, клавиатура, web-камера, не нужно вскрывать компьютер.
3. Любое устройство оснащено необходимыми разъёмами и требует простого подключения к необходимым разъемам ПК. Чаще всего используется USB шина.
4. Обязательно требуется включить устройство к источнику питания, если оно необходимо, например, принтер.
5. Установка драйверов может начаться либо автоматически, либо с использованием описания (инструкции) устройства необходимо их установить.
6. После всех процедур, необходимо проверить устройство на работоспособность. Так, например, принтер, может провести проверку соединения сам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Устройство компьютера очень сложный и трудоемкий механизм. Его совершенствуют, модернизируют. Компьютер занимает в жизни человека уже отдельную позицию, для многих компьютер – это хобби, либо работа, либо наука. На предприятиях внедряются новые автоматизированные линии, новые станки с программируемым управлением, освобождаются тяжелые рабочие места, так что производство развивается более интенсивно с применением компьютерных технологий, то есть вместо людей работу выполняют компьютеры. К сожалению, невозможно охватить всю архитектуру современных компьютеров в рамках реферата. История развития компьютера огромна и обширна, так, например, в маленьком городке Пало-Альто (штат Калифорния) в научно-исследовательском центре Xerox PARK собрался цвет программистов того времени, чтобы разработать революционные концепции, в корне изменившие образ машин, и проложить дорогу для компьютеров конца XX века. Как талантливый школьник Билл Гейтс и его друг Пол Аллен познакомились с Эдом Робертсом и создали удивительный язык БЕЙСИК для компьютера Altair, что позволило разрабатывать для него прикладные программы.

Для многих мир без компьютера – далекая история, примерно такая же далекая, как открытие Америки или Октябрьская революция. Но каждый раз, включая компьютер, невозможно перестать удивляться человеческому гению, создавшему это чудо.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Блиновская, Я.Ю. Введение в информатику: Учебное пособие / Я.Ю. Блиновская, Д.С. Задоя. — М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2016. — 112 c.
2. Информатика. Базовый курс: учебное пособие для высших технических учебных заведений / [С. В. Симонович и др.]. – Санкт-Петербург: Питер, 2017. – 639 с.
3. Балдин, К.В. Информатика для ВУЗов: Учебник / К.В. Балдин, В.Б. Уткин. — М.: Дашков и К, 2016. — 395 c.
4. Велихов, А. С. Основы информатики и компьютерной техники: учебное пособие / А. С. Велихов. – Москва: СОЛОН-Пресс, 2017. – 539 с.
5. Иопа, Н. И. Информатика: (для технических специальностей): учебное пособие / Н. И. Иопа. – Москва: КноРус, 2016. – 469 с.