Информатика и компьютерные науки (стр. 11 из 14)

Компоненты персонального компьютера

Несмотря на разнообразие типов, форм и архитектур персональных компьютеров (рис. 1.1), в составе большинства ПК можно выделить следующие основные устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь и периферийные устройства. В зависимости от потребностей и возможностей пользователей состав периферии может быть расширен аудиосистемой, модемом, принтером, сканером и т.д.

Системный блок включает все основные составляющие персонального компьютера. Важнейшим его компонентом является материнская (системная) плата (motherboard). Расположенные на ней электронные модули, или чипсеты, а также центральный процессор (ЦП), оперативная память (ОЗУ) составляют базовый комплект электроники компьютера. В системном блоке также размещаются источник питания, устройства внешней памяти - накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД). К этой группе устройств в последние годы присоединились дисководы компакт-дисков (CD-ROM-drive), и накопители на сменных магнитных дисках.

К системному блоку подсоединены все внешние устройства: монитор, клавиатура, мышь, принтер, модем, звуковые колонки, сканер и т.д.

Монитор - отображаете на экране текстовую и графическую информацию, вводимые с клавиатуры или выводимые из компьютера данные, сообщения компьютерной системы, копии всевозможных документов и прочую важную для пользователя информацию.

Клавиатура - предназначена для ввода в компьютер команд и данных.

Мышь позволяет указывать на элементы экрана с помощью указателя и путем щелчка на кнопках выполнять определенные операции.

Принтер - выводит в качестве твердой копии текстовую и графическую черно-белую или цветную информацию. Вывод информации осуществляется на бумагу или на пленку.

Модем - предназначен для подключения компьютера к телефонной линии.

Сканер - обеспечивает ввод в ПК текстовой или графической, черно-белой или цветной информации для ее дальнейшей обработки.

Звуковая система - состоит из звуковой карты и звуковых колонок, вынесенных или встроенных в дисплей. Колонки имеют свои усилители и органы регулировки уровня звука.

Архитектура ПК

Архитектура ПК - это структурная схема внутренней организации и взаимодействия основных функциональных модулей компьютера (ЦП, чипсеты, системы памяти персонального компьютера, контроллеры периферийных устройств и сами периферийные устройства). В понятие архитектуры ПК входят также принципы организации вычислительного процесса и переработки информации.

Детальный анализ архитектуры компьютера содержит описание представления программ и данных - систему счисления, информационные форматы и организацию вычислительного и обменного процессов. Он затрагивает также рассмотрение структуры памяти, методики выполнение машинных операций, системы размещения информации в памяти, системы диагностирования и контроля, а также управления вычислительным процессом.

Как видно, архитектура ПК - ёмкое понятие, рассматривающее тонкости взаимодействия всех его компонентов, объясняющее тончайшие нюансы вычислительных и обменных процессов.

На рис. 1.3 изображена упрошенная блок-схема, которая дает общее представление об архитектуре и основных компонентах компьютера.

Рис. 1.3. Упрощенная блок-схема компьютера

Компоненты, представленные на блок-схеме, имеют следующее назначение.

Центральный процессор - это электронный модуль, выполняющий в компьютерной системе основную вычислительную работу. Он управляет взаимодействием между всеми блоками и системами компьютера. Именно к ЦП стягиваются все магистрали компьютерной системы. ЦП находится в функциональном центре компьютерной системы, окруженном аппаратными функциональными блоками и подсистемами.

Вообще говоря, процессор - это отдельный модуль компьютерной системы, реализующий определенные вычислительные и обменные процессы. В компьютере может быть несколько процессоров. Одни из них управляют вводом-выводом данных и называются процессорами ввода-вывода. Другие процессоры выполняют вычисления с вещественными числами и называются математическими сопроцессорами. Третьи генерируют изображения на экран монитора и называются видеопроцессорами. Но в любом персональном компьютере есть ЦП, который управляет всей компьютерной системой.

Чипсет - так называется комплект микросхем, предназначенный для поддержки в компьютерной системе функциональных возможностей, предоставляемых процессором, оперативной памятью, кэш-памятью, дисковой и видеопамятью и прочими компонентами системы. Чипсет объединяет различные составные части компьютерной системы. Микросхемы чипсета генерируют большинство сигналов для системных и периферийных компонентов, преобразуют сигналы между шинами, позволяют процессору и оперативной памяти работать с постоянной производительностью.

В состав нескольких микросхем, из которых состоят чипсеты, входят узлы, называемые "обрамлением центрального процессора". Это - таймеры, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, контроллеры графической шины AGP, последовательного и параллельного портов и прочие устройства, поддерживающие системные процессы в ПК.

Контроллеры - предназначены для управления доступом из системы к какому-либо из устройств, а также для выполнения соответствующих операций информационного обмена. Каждое внешнее устройство имеет свой контроллер. После получения соответствующих команд от центрального процессора контроллер выполняет операции по обслуживанию внешнего устройства.

Как видно из схемы на рис. 1.3, все электронные элементы компьютера обмениваются информацией друг с другом и взаимосвязаны с помощью шин - совокупности линий и микросхем, осуществляющих передачу электрических сигналов определенного функционального назначения между различными компонентами ПК.

Совокупность всех шин информационно-вычислительной системы называется системной магистралью.

По шинам передаются сигналы трех групп: адресные, управляющие и данные. Соответственно различают следующие шины.

Шина данных - предназначена для передачи данных между электронными модулями ПК.

Шина адреса - обеспечивает пересылку кодов адресной информации к ОЗУ или электронным модулям ПК для доступа к ячейкам памяти или к устройствам ввода-вывода.

Шина управления - включает линии, по которым передаются сигналы управления, обмена, запросы на прерывания, передачи управления, синхронизации и т.д.

Шины характеризуются разрядностью, т.е. количеством линий, составляющих шину. Другое определение разрядности - количество одновременно передаваемых по линиям шины битов информации. В архитектуре персональных компьютеров чаще всего встречаются 8-, 16-, 32- и 64-разрядные шины.

Бывают шины последовательные и параллельные. Последовательная шина состоит из одной линии данных, которые передаются последовательно, бит за битом, и нескольких линий управления и адреса. Параллельная шина состоит из нескольких линий данных, адреса и управления.

Пропускной способностью шины называется количество информации, которое может быть передано по каналу за единицу времени.

Для пересылки данных между устройствами существует несколько стандартных процедур.

Процедура прерывания - это механизм, позволяющий ЦП обработать требования устройства на обмен данными с другим устройством или с памятью. Выполнение процедуры прерывания начинается с генерирования каким-либо из устройств, например клавиатурой или накопителем на гибких дисках, сигнала запроса на прерывание IRQ (Interrupt Request). Запрос может поступить также и в том случае, если системой выявлена аварийная ситуация.

Каждое из устройств, работающих по прерываниям, имеет собственную линию IRQ запроса на прерывание.

Линии IRQ - это физические линии на материнской плате, позволяющие передавать запросы на прерывания от контроллера устройства контроллеру прерываний, которым эти прерывания обрабатываются.

Контроллер прерываний при поступлении сигнала IRQ прерывает работу ЦП, формирует уникальный для каждого устройства код, посылает его в ЦП. В соответствии с этим кодом процессор формирует адрес обращения в оперативную память, который называется вектором прерывания. По адресам векторов прерываний расположены адреса обращений к программам-обработчикам прерываний. Программа-обработчик прерываний реализует ту функцию, потребность в которой вызвало данное прерывание.

Если устройство-источник прерываний расположено за пределами материнской платы, то прерывания от него называются внешними аппаратными. Если устройство, генерирующее прерывания, находится в пределах материнской платы, то такие прерывания называются внутренними аппаратными. Если источником прерываний является одна из команд выполняемой программы, то такое прерывание обрабатывается непосредственно в ЦП и называется программным прерыванием. Если прерывание является реакцией на ошибки процессора, например деление на нуль, то такие прерывания называются внутренними.

Другой способ, позволяющий устройствам обмениваться данными с оперативной памятью, называется прямым доступом к памяти (Direct Memory Access или DMA). В этом процессе участвует контроллер DMA, расположенный на материнской плате, к которому сходятся линии запросов DMA (Direct Request - DRQ) от периферийных устройств. Контроллер DMA блокирует линии управления от ЦП, и сам генерирует сигналы, необходимые для обмена данными между оперативной памятью и устройством. Таким образом, между оперативной памятью и устройством происходит быстрое "перекачивание" данных без участия ЦП.

Системные компоненты ПК

Персональный компьютер содержит множество электронных элементов, которые объединяются в более крупные компоненты, - модули, узлы, цепи, схемы, блоки и т.д. Если из всего этого разнообразия электронных компонентов изъять хотя бы один, то вся информационно-вычислительная компьютерная система перестанет работать. Вместе с тем, важность выполняемой различными электронными узлами работы для ПК неравнозначна. Одни устройства, например ЦП или ОЗУ, принимают участие практически во всех без исключения действиях, выполняемых ПК. Другие устройства, например контроллеры периферийных устройств, менее активны.