Устройство и основные принципы посроения компьютеров

Устройства ПК

Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:

- память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;

- процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);

- устройство ввода;

- устройство вывода.

Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация (шинами).

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 6.3). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов.

Рисунок 6.3 – Общая схема компьютера

Запоминающие устройства обеспечивают долговременное хранение программ и данных. К функциям памяти относятся:

- приём информации из других устройств;

- запоминание информации;

- выдача информации по запросу в другие устройства машины.

По назначению память подразделяется на два вида: оперативная память и постоянная память.

Оперативная память предназначена для хранения временной информации, участвующей в процессе вычисления. Содержание оперативной памяти постоянно изменяется новыми входными данными и результатами вычисления. Существует много различных типов оперативной памяти, но по реализации физических принципов различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных удерживать заряд. Недостатком данного вида памяти является то, что микроконденсаторы необходимо постоянно подзаряжать (регенерировать). В противно случае через доли секунды может произойти потеря памяти. Это связано с рассеиванием зарядов микроконденсаторв в пространстве. Регенерация зарядов происходит несколько десятков раз за секунду, что вызывает непроизводительный расход ресурсов и снижает быстродействие.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить в виде триггеров, имеющих два устойчивых положения - включен или выключен. Данный вид памяти обладает высоким быстродействием, но технологически более сложны, а, следовательно, дороже.

Процессор – основная микросхема компьютера, в которой проходит весь вычислительный процесс. К функциям процессора относятся:

- обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

- программное управление работой устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные не только хранятся, но и изменяются в зависимости от исходных данных и результатов вычисления. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами.

Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).

Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

- сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;

- счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

- регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.