Структурная схема ПК. Взаимодействие основных блоков в процессе работы.

Теперь мы переходим к рассмотрению функциональной схемы ПК.

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок, и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Достоинствами ПК являются:

· относительно невысокая стоимость;

· автономность эксплуатации не требующая специальных помещений;

· гибкость архитектуры, обеспечивающая приспосабливаем ость базовой модели к различным требованиям пользователя;

· «дружественность» системы при общении облегчающая работу с компьютером без специальной подготовки;

· высокая надежность.

·
Теперь давайте рассмотрим функциональную схему ПК.

 

Определение и функции процессора, памяти, шины, устройств ввода-вывода ПК.

Рассмотри состав и назначение основных блоков ПК.

Внешне компьютер можно условно разделить на три части:

· системный блок, содержащий большинство электроники ответственной за работоспособность ПК;

· монитор, устройство отображения визуальной информации;

· клавиатура, позволяющая вводить в компьютер информацию и управляющие команды.

 

Давайте каждую из этих частей рассмотрим более подробно.

Системный блок.

Содержит следующие устройства:

1. Блок питания.

2. Системную (материнскую) плату.

3. Комплект адаптеров для подключения внешних устройств к ПК.

4. Дисковод гибких магнитных дисков НГМД.

5. Дисковод жестких магнитных дисков НЖМД.

6. Дисковод CD-ROM устройство чтения компакт дисков и так далее.

 

 

1) Блок питания обеспечивает электроэнергией все электронные устройства ПК.
Характеризуется максимальной отдаваемой мощностью в среднем 200-250 Вт.

2) На системной (материнской плате) размещаются:

a) Микропроцессор – это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех остальных устройств компьютера и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Именно процессор выполняет машинные команды, передаваемые ему из программы. В состав процессора входят:           

(1) Устройство управления – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции.

(2) Арифметико-логическое устройство в комплекте с математическим сопроцессором – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

(3) Микропроцессорная память – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы процессора.

(4) Интерфейсная система микропроцессора – реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК. Интерфейс-совокупность средств сопряжения и связи компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие между собой.

 

b) Генератор тактовых импульсов – генерирует последовательность электрических импульсов, которые используются микропроцессором и другими устройствами ПК для работы.

c) Контроллеры устройств интегрированных в материнскую плату – группа микросхем, которые совместно управляют всеми отдельными компонентами ПК.

d) Микросхемы Оперативного Запоминающего Устройства (ОЗУ) и Постоянного Запоминающего Устройства (ПЗУ) – предназначены для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ПЗУ служит для хранения неизменяемой программной и справочной информации, позволяет ее только считывать изменять содержимое ПЗУ нельзя. ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации непосредственно участвующей в вычислительном процессе, выполняемом ПК в данный момент времени. Главное достоинство ОЗУ ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно. Недостаток исчезновение всего содержимого ОЗУ после выключения питания компьютера (энегозависимость).

e) Шинный интерфейс – обеспечивает сопряжение и связь всех устройств компьютера между собой.

f) Адаптеры клавиатуры, дисководов и т. д. – обеспечивают возможность подключения, управления и взаимодействия внешних устройств ввода-вывода для компьютера.

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего — ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

В микросхеме CMOS памяти хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

Жесткий диск — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот "диск" имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n — число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR - Giant Magnetic Resistance). Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время достигнут технологический уровень 6,4 Гбайт на пластину, но развитие продолжается.

 

3) Адаптеры портов ввода-вывода – обеспечивают возможность вывода информации из компьютера на внешнее устройство для получения твердой копии, дальнейшей обработки или передачи по линиям связи.

4) Дисковод гибких магнитных дисков – одно из внешних запоминающих устройств, предназначенное для записи данных на магнитные диски с целью долговременного хранения информации и ее перемещения между компьютерами. Входит в стандартное оснащение любого компьютера. В зависимости от размера используемых дисков делятся на две группы:

a) Формата 3,5” дюйма емкостью 1,44 Мб

b) Формата 5,25” дюйма емкостью 1,2 Мб

 

5) Дисковод жестких магнитных дисков – внешнее запоминающее устройство, предназначено для долговременного хранения информации на компьютере. Характеризуется по типу подключения к компьютеру, максимальной емкости, скорости передачи данных, времени доступа к данным.

6) CD-ROM – устройство чтения компакт дисков на компьютере. Характеризуется скоростью передачи данных и качеством чтения некачественных компакт дисков.

 

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК.

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: МОЛ (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480, 800х600,1024х768,1152х864; 1280х1024 точек и далее).

Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных элементов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе.

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

Монитор.

Устройство отображения визуальной информации. Характеризуется размером по диагонали трубки, разрешающей способности, величиной зерна, максимальной частотой обновления кадров, по типу подключения.

Размер диагонали монитора задается в дюймах, при прочих равных условиях чем диагональ монитора больше тем лучше. Стандартные размеры трубки мониторов: 14”, 15”, 17”, 19”, 21” дюйм.

Изображение на мониторе формируется из мельчайших светящихся точек люминофора по принципу мозаики. Отдельный мозаичный элемент (точка) называется пикселем от английского сокращения (pixel-picture element).

Разрешающая способность монитора определяется максимальным количеством пикселей, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране. Стандартные значения разрешающей способности монитора: 640х480, 800х600, 1024х768 и т.д.

Величина зерна определяет размер точки люминофора на экране, чем она меньше, тем четче и качественнее изображение. Стандартные значения 0,28;0,26 мм.

Частота обновления кадров монитора влияет на утомляемость оператора при работе с монитором. При значениях меньше 70 Гц изображение на экране слегка мерцает, что очень сильно утомляет зрение. Поэтому у современных мониторов этот параметр колеблется в пределах 70-100 Гц в зависимости от модели, установленного разрешения экрана и видео карты, установленной в компьютер.

В зависимости от типа сигнала управляющего лучом электронов в ЭЛТ. Мониторы делятся на цифровые и аналоговые. Аналоговые мониторы, у которых система управления изображением базируется на элементах цифровой электроники, часто ошибочно тоже называют цифровыми.

Кроме основных показателей для оценки мониторов есть еще и ряд вспомогательных, таких как наличие программ управления цветовой температурой изображения, устранения возможных искажений изображения, качество сведения лучей, наличие качественного противобликового покрытия, соответствие стандартам радиационной и экологической безопасности MPR II, ТСО 95.

Говоря о мониторах нельзя не упомянуть о видеокартах (видеоадаптерах) – устройствах, которые непосредственно занимаются управление монитором и выводом информации на их экран. Они располагаются внутри системного блока в специальном разъеме (слоте расширения) и обеспечивают связь компьютера и монитора. К основным параметрам видео карты можно отнести: тип поддерживаемой шины ISA, EISA, VESE LB, PCI, AGP; объем видеопамяти, максимально возможное разрешение выводимого изображения, поддержка ускорения вывода графики и 3D функций и т.д.

 

Клавиатура.

Устройство с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. Различаются по количеству клавиш и наличию дополнительных устройств. Стандартная клавиатура имеет 101-104 клавиши. Существуют специальные эргономичные модели в которых клавиши расположены таким образом, чтобы руки при работе находились в максимально комфортном положении. Кроме этого есть модели с дополнительным устройством для ввода электронной подписи и др.

Группа алфавитно-цифровых клавши предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER, При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом — это одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows 2000 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT + SHIFT или CTRL + SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.

Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:

PRINT SCREEN — печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).

SCROLL LOCK — переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.

PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса.

Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.

PAGE UP / PAGE DOWN — перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например, Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL. Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.

В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкретную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, — это также зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).

Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.