Аппаратные средства ПК презентация

Аппаратные средства ПК

Архитектура персонального компьютера

Персональный компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для хранения, обработки и передачи информации. Персональный компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для хранения, обработки и передачи информации. Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы.

Основные принципы логического устройства ЭВМ и их структура были предложены математиком Джоном фон Нейманом в 1946 г. Основные принципы логического устройства ЭВМ и их структура были предложены математиком Джоном фон Нейманом в 1946 г.

Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства: Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства: арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ;

запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных; запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных; внешние устройства для ввода-вывода информации.

Основополагающие принципы логического устройства ЭВМ – так называемые принципы Джона фон Неймана: Основополагающие принципы логического устройства ЭВМ – так называемые принципы Джона фон Неймана: Принцип двоичного кодирования (вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов).

Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности). Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности). Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти).

Принцип адресности (основная память состоит из пронумерованных ячеек одинаково легко доступны для других устройств). Принцип адресности (основная память состоит из пронумерованных ячеек одинаково легко доступны для других устройств).

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу «фон-неймановских». На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров, в том числе и IBM PC-совместимые. Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу «фон-неймановских». На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров, в том числе и IBM PC-совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой – например системы для параллельных вычислений.

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и при необходимости производить ее модернизацию.

Магистральный принцип обмена информацией обеспечивает взаимодействие всех устройств с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Магистральный принцип обмена информацией обеспечивает взаимодействие всех устройств с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной.

Системная шина включает в себя: Системная шина включает в себя: Шину адреса (ША) которая обеспечивает передачу адресов ячеек памяти и устройств ввода/вывода, формируемых микропроцессором . Передача адресов в обратном направлении невозможна.

Шину данных (ШД) которая используется для обмена данными между: микропроцессором и основной памятью; микропроцессором и портами устройств ввода/вывода; основной памятью и портами устройств ввода/вывода. ШД является двунаправленной, т.е. по ней возможна передача данных и в направлениях обратных указанным. Шину данных (ШД) которая используется для обмена данными между: микропроцессором и основной памятью; микропроцессором и портами устройств ввода/вывода; основной памятью и портами устройств ввода/вывода. ШД является двунаправленной, т.е. по ней возможна передача данных и в направлениях обратных указанным.

Шину управления (ШУ) предназначенную для передачи сигналов управления работой всех элементов микропроцессорной системы. Шину управления (ШУ) предназначенную для передачи сигналов управления работой всех элементов микропроцессорной системы.

Управление системной шиной осуществляется микропроцессором непосредственно, либо через дополнительную микросхему – контроллер шины. Все блоки подключаются к шине через соответствующие разъемы непосредственно или через специальные контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором непосредственно, либо через дополнительную микросхему – контроллер шины. Все блоки подключаются к шине через соответствующие разъемы непосредственно или через специальные контроллеры (адаптеры).

Микропроцессор

Микропроцессор – это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков, а также выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор – это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков, а также выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Функции микропроцессора: Функции микропроцессора: чтение и дешифрация команд из основной памяти и адаптеров внешних устройств; выработка управляющих сигналов для всех узлов и блоков компьютера; обработка данных и их запись в основную память, и регистры адаптеров внешних устройств.

В состав микропроцессора входят: В состав микропроцессора входят: Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над информацией. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера.

Микропроцессорная кэш-память предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная кэш-память предназначена для кратковременного хранения информации, используемой в ближайшие такты работы машины. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для обеспечения связи с другими устройствами компьютера

Устройство управления выполняет следующие основные функции: Устройство управления выполняет следующие основные функции: формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера.

Важнейшими характеристиками микропроцессора являются: Важнейшими характеристиками микропроцессора являются: Тактовая частота указывает максимальное число элементарных операций выполняемых микропроцессором за одну секунду. Измеряется в Гц и определяется частотой импульсов генератора тактовых импульсов.

Разрядность процессора – это максимальное количество разрядов двоичного кода, над которым единовременно может выполняться машинная операция. Определяет количество информации, передаваемой одним массивом (порцией) за один такт. Разрядность процессора – это максимальное количество разрядов двоичного кода, над которым единовременно может выполняться машинная операция. Определяет количество информации, передаваемой одним массивом (порцией) за один такт. Размер кэш-памяти.

Для расширения и улучшения функциональных возможностей микропроцессора используются дополнительные платы. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др. Для расширения и улучшения функциональных возможностей микропроцессора используются дополнительные платы. К ним относятся математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций с числовой информацией. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру. Математический сопроцессор используется для ускорения выполнения операций с числовой информацией. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно с основным микропроцессором, но под управлением последнего. В результате происходит ускорение выполнения операций в десятки раз. Модели микропроцессора, начиная с МП 80486 DX, включают математический сопроцессор в свою структуру.

Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает быстродействие компьютера. Контроллер прямого доступа к памяти освобождает микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает быстродействие компьютера.

Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств. Освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти. Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств. Освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует режим прямого доступа к памяти.

Все микропроцессоры можно разделить на группы: Все микропроцессоры можно разделить на группы: микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд; микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд; микропроцессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом; микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

Запоминающие устройства ПК

Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных.

Персональные компьютеры имеют следующие виды памяти: Персональные компьютеры имеют следующие виды памяти: микропроцессорная память; ПЗУ (ROM, PROM, EPROM, EEPROM); CMOS-память; оперативная память (ОЗУ, RAM, DRAM); кэш-память (SRAM); внешняя память.

ПЗУ (ROM – Read Only Memory, память только для чтения) предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении. ПЗУ (ROM – Read Only Memory, память только для чтения) предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении.

В ПЗУ находятся: В ПЗУ находятся: BIOS – небольшая программа, отвечающая за базовые функции и настройки оборудования; программа управления работой процессора; программа запуска и остановки компьютера;

программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; программы тестирования устройств, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью.

В настоящее время используются перепрограммируемые ПЗУ, что позволяет менять их содержимое в процессе эксплуатации. В настоящее время используются перепрограммируемые ПЗУ, что позволяет менять их содержимое в процессе эксплуатации. ПЗУ является энергонезависимой памятью – при отключении питания информация в нем сохраняется.

«Энергонезависимая» CMOS-память, постоянно питается от своего аккумулятора. В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера – SETUP. «Энергонезависимая» CMOS-память, постоянно питается от своего аккумулятора. В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера – SETUP.

Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory, память с произвольным доступом) предназначена для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), используемой компьютером в текущий период работы. Оперативная память (ОЗУ, RAM – Random Access Memory, память с произвольным доступом) предназначена для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), используемой компьютером в текущий период работы.

Все ячейки оперативной памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт). Каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться. Все ячейки оперативной памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт). Каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться. ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем теряется.

В современных ОЗУ используется динамическая память (DRAM). В которой для хранения разрядов (битов) используются микросхемы, состоящие из одного конденсатора и одного транзистора. Транзистор используется для управления, а запоминающим элементом служит конденсатор, который можно либо зарядить до величины логической «1», либо разрядить до логического «0». В современных ОЗУ используется динамическая память (DRAM). В которой для хранения разрядов (битов) используются микросхемы, состоящие из одного конденсатора и одного транзистора. Транзистор используется для управления, а запоминающим элементом служит конденсатор, который можно либо зарядить до величины логической «1», либо разрядить до логического «0».

Достоинства – возможность создания на ограниченной площади кристалла кремния запоминающей матрицы огромной емкости и дешевизна производства. Достоинства – возможность создания на ограниченной площади кристалла кремния запоминающей матрицы огромной емкости и дешевизна производства.

Недостаток – сравнительно невысокое быстродействие и не долговременность хранения заряда конденсатором (если конденсатор хранит значение «1», то каждые 2 миллисекунды возникает необходимость восстановления потерянного заряда – регенерации памяти). Недостаток – сравнительно невысокое быстродействие и не долговременность хранения заряда конденсатором (если конденсатор хранит значение «1», то каждые 2 миллисекунды возникает необходимость восстановления потерянного заряда – регенерации памяти).

В современных микросхемах динамической памяти SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) используется DDR SDRAM (синхронная память с двойной скоростью передачи данных). В современных микросхемах динамической памяти SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) используется DDR SDRAM (синхронная память с двойной скоростью передачи данных).

Для ускорения доступа к информации используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии участков оперативной памяти. Для ускорения доступа к информации используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью, в ней хранятся копии участков оперативной памяти.

Процессор всегда в первую очередь обращается к кэш-памяти, а уж потом к другим источникам информации (основной и внешней памяти). Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор, согласно специальным алгоритмам, заносит его одновременно и в кэш-память. Процессор всегда в первую очередь обращается к кэш-памяти, а уж потом к другим источникам информации (основной и внешней памяти). Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор, согласно специальным алгоритмам, заносит его одновременно и в кэш-память.

В качестве КЭШ-памяти используется статическая память (SRAM), состоящая из электронных микроэлементов – триггеров, каждый из которых включает в себя несколько транзисторов. В качестве КЭШ-памяти используется статическая память (SRAM), состоящая из электронных микроэлементов – триггеров, каждый из которых включает в себя несколько транзисторов.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний после прекращения действия переключающего сигнала. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний после прекращения действия переключающего сигнала.

Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. Достоинство – быстродействие. Недостаток – дороговизна, большое количество микроэлементов.

Внешние запоминающие устройства: Внешние запоминающие устройства: Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи (изменения направления магнитного поля отдельных областей).

Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, находящиеся на одной оси и покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме парят над поверхностью пластин. Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, находящиеся на одной оси и покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме парят над поверхностью пластин.

Накопители на оптических дисках используют оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча. Основа диска изготавливается из поликарбоната, на который нанесён специальный отражающий слой, служащий для хранения информации. Накопители на оптических дисках используют оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча. Основа диска изготавливается из поликарбоната, на который нанесён специальный отражающий слой, служащий для хранения информации.

При считывании информации с оптических дисков луч лазера падает на поверхность диска и отражается от поверхности с различными коэффициентами отражения меняя свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы. При считывании информации с оптических дисков луч лазера падает на поверхность диска и отражается от поверхности с различными коэффициентами отражения меняя свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы.

В процессе записи информации на оптические диски применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. В процессе записи информации на оптические диски применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, floppy disk drive) – дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с гибкого магнитного диска (дискеты). Хранение данных, представленных двоичным кодом, обеспечивает магнитный слой диска, который может иметь намагниченные и ненамагниченные участки. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, floppy disk drive) – дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с гибкого магнитного диска (дискеты). Хранение данных, представленных двоичным кодом, обеспечивает магнитный слой диска, который может иметь намагниченные и ненамагниченные участки.

Намагниченный участок поверхности кодируется как 1, ненамагниченный – как 0. Намагниченный участок поверхности кодируется как 1, ненамагниченный – как 0. Флеш-накопители – запоминающее устройство, использующее в качестве носителя полупроводниковую энергонезависимую перезаписываемую память.

В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит один бит информации и состоит из одного транзистора со специальной электрически изолированной областью – «карманом». Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в «кармане». В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит один бит информации и состоит из одного транзистора со специальной электрически изолированной областью – «карманом». Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в «кармане».

Внешние устройства ПК

Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой (пользователями, объектами управления и другими компьютерами). Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой (пользователями, объектами управления и другими компьютерами). Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы-порты ввода/вывода.

К внешним устройствам относятся: К внешним устройствам относятся: устройства ввода информации; устройства вывода информации; диалоговые средства пользователя; средства связи и телекоммуникации.

К устройствам ввода информации относятся: К устройствам ввода информации относятся: клавиатура – устройство ручного ввода в компьютер числовой, текстовой и управляющей информации; графические планшеты (дигитайзеры) – устройства ручного ввода графической информации путем перемещения по планшету специального указателя (пера);

сканеры (читающие автоматы) – устройства автоматического считывания с бумажных или других носителей и ввода в компьютер текстов, графиков, рисунков, чертежей; сканеры (читающие автоматы) – устройства автоматического считывания с бумажных или других носителей и ввода в компьютер текстов, графиков, рисунков, чертежей;

устройства указания (графические манипуляторы) – устройства ввода графической и командной информации путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо); устройства указания (графические манипуляторы) – устройства ввода графической и командной информации путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо);

сенсорные экраны – устройства ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея. сенсорные экраны – устройства ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея.

К устройствам вывода информации относятся: К устройствам вывода информации относятся: графопостроители (плоттеры) – устройства векторной графики на бумажный носитель; принтеры – печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель.

Виды принтеров: матричные, струйные, лазерные. Виды принтеров: матричные, струйные, лазерные. В матричных принтерах изображение формируется из точек, печать которых осуществляются тонкими иглами (9, 18, 24 иглы), ударяющими бумагу через красящую ленту.

В печатающей головке струйного принтера имеются тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел. В печатающей головке струйного принтера имеются тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел.

В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений. Лазер служит для создания светового луча, вычерчивающего на поверхности светочувствительного барабана контуры изображения. Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд. В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений. Лазер служит для создания светового луча, вычерчивающего на поверхности светочувствительного барабана контуры изображения. Барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд.

При дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу. Лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера закрепляются на бумаге. При дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу. Лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера закрепляются на бумаге.

К диалоговым средствам пользователя относятся: К диалоговым средствам пользователя относятся: видеотерминалы – устройства для отображения вводимой и выводимой информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). устройства звукового ввода/вывода. К ним относятся различные микрофонные акустические системы, а также синтезаторы звука.

Видеоконтроллер (Video Display Controller, VDC) входит в состав видеокарты и представляет собой микросхему, являющуюся главным компонентом схемы формирования видеоизображения из двоичного кода. Видеоконтроллер (Video Display Controller, VDC) входит в состав видеокарты и представляет собой микросхему, являющуюся главным компонентом схемы формирования видеоизображения из двоичного кода.

Монитор – устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Монитор – устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Основной характеристикой монитора является разрешающая способность, которая определяется максимальным количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора.

К устройствам связи и телекоммуникации относятся модем и сетевая карта (сетевой интерфейсный адаптер). К устройствам связи и телекоммуникации относятся модем и сетевая карта (сетевой интерфейсный адаптер). Модем – устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона – этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем – модулятор/демодулятор. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона – этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем – модулятор/демодулятор.

Сетевая карта (англ. network interface controller) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. Сетевая карта (англ. network interface controller) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. Передача осуществляется за счет изменения напряжения во времени. Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью. В зависимости от технологии сети используются сетевые карты с различными разъемами.