Основные принципы устройства компьютера
Информатика и программирование
1 Основные принципы устройства компьютера общего назначения, сформулированные Джоном фон Нейманом. Их техническая реализация на современных компрьтерах
Устройство и принцип действия персонального компьютера
Устройство ЭВМ. В 1948 году барон Джон фон Нейман разработал принципы построения вычислительной машины. Согласно Нейману она должна состоять из следующих основных устройств:
1. АЛУ - арифметико-логическое устройство – для выполнения вычислительных операций.
2. УУ - устройство управления, управляет работой всех устройств ЭВМ, организует процесс выполнения программы.
3. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или Память – для хранения данных, программ и результатов их выполнения.
4. ВУ – внешние устройства (УВВ – устройства ввода-вывода – дисплей, клавиатура, принтер, сканер, мышь, ПЗУ – постоянное запоминающее устройство - винчестер и др.
Все устройства соединены тремя шинами: ША, ШД и ШУ – шины адресов, данных и управления (рис. 1.).
Рекомендуемые материалы
ШУ
МП
АЛУ УУ ОЗУ ВУ МП =АЛУ+УУ+RG
МикроЭВМ=МП+ОЗУ+ВУ
ШД
ША
Рис. 1. Устройство компьютера (основные блоки)
где
МП – микропроцессор, основное устройство компьютера, выполняющее все арифметические и логические операции;
RG – регистры СОЗУ (сверхоперативного ЗУ).
Принцип действия: Работа ЭВМ организуется по циклу "Выборка-Выполнение". Программа с помощью ВУ записывается в ОЗУ в последовательные ячейки. Затем УУ по ША находит первую ячейку, по ШД считывает первую команду (подцикл Выборка), после чего УУ соединяет между собой все устройства, необходимые для её выполнения и команда выполняется (подцикл Выполнение). Затем из следующей ячейки выбирается и выполняется следующая команда и т.д.. Таким образом организуется автоматическое выполнение программы.
Устройство процессора
Процессор состоит из 3-х основных частей – АЛУ, УУ и регистров (RG - являются сверхоперативным запоминающим устройством - памятью СОЗУ и служат для хранения исходных данных и внутренних промежуточных результатов; БР1,БР – буферные регистры, используются для ввода данных-операндов в АЛУ и регистр-аккумулятор, который получает результат из АЛУ и хранит его).
Сч.К
УУ RG
АЛУ
МП
БР1
БР2 ОЗУ
А
Рис. 2. Устройство микропроцессора
АЛУ соединено с регистром Сч.К – счётчиком команд, содержимое которого автоматически увеличивается на 1 после считывания предыдущей команды. ОЗУ не входит в состав МП.
Пр. Сложить операнды, расположенные в ячейках 0011 и 0100, результат поместить в яч. 0111. Команда Сложить записана в яч. 0000.
Команды в процессоре выполняются следующим образом: УУ с помощью ШУ подключается к адресной шине ША и из первой ячейки ОЗУ (0000) считывает команду Сложить, содержимое счётчика команд Сч.К увеличивается на 1, т.е. указывает адрес следующей команды. Согласно команде, УУ через ШУ подключает шину данных ШД к ячейке ОЗУ 0011 и к буферному регистру БР1, содержимое ячейки ОЗУ (т.е. первый операнд) по ШД переписывается в БР1. Далее, согласно команде, УУ аналогично подключает ШД к ячейке 0100 и к БР2 и второй операнд переписывается в буферный регистр БР2.На этом подцикл Выборка завершается. Затем УУ пересылает по ШУ в АЛУ код команды Сложить и содержимое БР1 и БР2 складывается в АЛУ в двоичном коде, результат автоматически передаётся в регистр-аккумулятор А. УУ по ШУ соединяет ШД с регистром А и ячейкой ОЗУ 0111 и результат выполнения команды (арифметическая сумма в двоичном коде) переписывается в яч. 0111 – подцикл Выполнение завершён.
Регистр Сч.К уже содержит адрес следующей команды (яч. 0001 ОЗУ), УУ по ША активизирует её, считывает новую команду и цикл повторяется.
Основные блоки компьютера
Компьютер состоит из трёх основных частей:
· Системный блок;
· Клавиатура и
· Монитор (дисплей).
Именно эти три блока дают им право называться компьютером. Если подсоединяется манипулятор Мышь, компьютер превращается в компьютерную систему, подключается принтер – получается компьютерная система с более развитым периферийным обеспечением (мультимедиа) и т.д.
Системный блок содержит материнскую плату, в которую вставляются все основные платы блока (процессор, ОЗУ, видеокарта, звуковая карта и др.), дисководы для дискет и компакт-дисков, винчестеры. К системному блоку через контроллеры (согласующие устройства) подсоединяются клавиатура, дисплей, мышь, принтер, сканер, модем, джойстик, телевизионный тюнер и др. Конструктивно системный блок может быть выполнен в горизонтальном (модель "Baby") и в вертикальном (модель "Tower") исполнениях.
Микропроцессор является "мозгом" кмпьютера, состоит из АЛУ, УУ и регистров, выполняет 10- 100 млн опер/сек в зависимости от тактовой частоты процессора (75, 100, 133, 166 МГц и т.д.). Самыми современными в настоящее время являются процессоры Pentium 5 и Pentium 6 и Celeron 1100, 1300 и др.
ОЗУ – в него переписываются все рабочие программы, при выключении питания ОЗУ очищается, а несохранённые данные теряются, именно с ОЗУ работает МП. Емкость современной оперативной памяти составляет 64, 128, 256, 512 Мб.
Контроллер (адаптер) – плата с электронной схемой, через которую выполняется управление внешними устройствами (мышь, клавиатура, принтер и др.)
Винчестер – Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), жесткий диск HDD для хранения программного обеспечения ЭВМ: программ DOS, Windows, приложений (MS Office, Autocard, MathCard и др.).При сохранении документа или программы они из ОЗУ переписываются в ПЗУ и при отключении питания компьютера не пропадают. Емкость современных винчестеров составляет 1-100 Гб. Винчестерам присвоены имена "C", "D", "Е" и т.д.
Дисковод – предназначен для работы с гибкими магнитными дисками (дискетами) FDD размером 3,5' (»9 см) емкостью 1,44 Мб, ему присвоено имя "А". Имя дисковода "В" использовалось, когда применялись диски и дисководы на 5,25' (»15 см) емкостью до 1,2 Мб .
Монитор – устройство для вывода на экран информации, текстовой, графической и табличной. Основной тип современного монитора на кинескопе –SVGA, на жидких кристаллах – TFT. В графическом режиме разрешающая способность монитора составляет 1024*760 точек, 16-256 цветов, в текстовом – 80*25 символов, 16 цветов.
Размер точки экрана может изменяться от 0,25 до 0,38 мм и называется "пиксель"
Клавиатура является устройством ввода информации, содержит 98-104 клавиши, которые объединены в четыре блока:
1. Блок клавиш для ввода символов русского и латинского алфавитов и цифр 0-9, расположен в центральной части клавиатуры;
2. Вокруг центрального блока клавиш расположены служебные клавиши этого блока:
3. Tab – табуляция (перемещение курсора на 8 позиций, смена панелей в NC;
4. CapsLock – фиксатор верхнего регистра (прописных букв);
5. Shift – верхний регистр;
6. Escape (исчезать) – отмена последней команды;
7. BackSpace – удаление символа слева от курсора;
8. Enter – ввод команд и данных, перевод строки и др.
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 9. Основные пути совершенствования управления.
9. Ctrl, Аlt - изменяют назначение других клавиш, используются в сочетании с ними.
10. Клавиши Shift, Ctrl, Alt продублированы.
11. Блок функциональных клавиш F1-F12, предназначен для выполнения различных специальных действий
12. Блок клавиш управления курсором (в начало или конец файла, на экран вверх или вниз, на позицию влево-вправо, вверх-вниз, вставка, удаление);
13. Калькуляторный блок клавиш, предназначен для тех, кто привык работать на калькуляторе "слепым" методом. Эти клавиши дублируют функции клавиш управления курсором.
