Архитектура- это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.
То есть, к архитектуре относят такие принципы построения ЭВМ:
· Структура памяти ЭВМ
· Способы доступа к памяти и внешним устройствам
· Возможность изменения конфигурации компьютера
· Система команд
· Форматы данных
· Организация интерфейса
Дать схемуупрощенную, выделить основные функциональные узлы персон
ального компьютера типа IBM PC, и дать определения отдельным его элементам (см. файл pc.doc).
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
Процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций.
Материнская плата (mother board, main board) – основная плата всего персонального компьютера; на материнской плате располагаются все основные элементы компьютера (процессор, внутренняя память, контроллеры ввода-вывода, контроллеры внешней памяти и др.).
Микропроцессорный комплект (chipset) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств ЭВМ и определяющих основные функциональные возможности материнской (главной, основной) платы.
Внутренняя память компьютера – расположенные на mother board элементы временного или постоянного хранения выполняемых программ, результатов промежуточных вычислений и окончательных результатов (постоянная, оперативная , кэш-память).
ROM (Read-Only Memory): постоянная память и ее особенности; хранит программу, описывающую способ обработки информации, программа состоит из команд, каждая из которых для процессора служит инструкцией по выполнению определенной операции, тестовые программы, ключевое слово.
RAM (Random-Access Memory): оперативная память c произвольной выборкой. Произвольность доступа подразумевает возможность операций записи или чтения с любой ячейкой ОЗУ в произвольном порядке.
Cache Memory (КЭШ-память) –сверхоперативная память является буфером между ОЗУ и его клиентами: процессором и другими абонентами системной шины. КЭШ не является самостоятельным хранилищем, информация в ней неадресуема клиентами подсистемы памяти, присутствие кэша для них прозрачно. КЭШ хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения и вероятное последующее обращение к ним будет происходить значительно быстрее. От эффективности алгоритма кэширования зависит в конечном счете производительность компьютера в целом.
Видеоадаптер (видеоплата, видеокарта) – устройство формирования изображения на экране монитора. Видеоадаптер характеризуется, главным образом, объемом видеопамяти и наличием дополнительных устройств (3D-ускоритель, устройство ТВ ввода и вывода, TV-tuner и др.).
Звуковая плата (карта, sound-card, sound blaster) – устройство формирования звуковых сигналов. Основные характеристики звуковой платы: разрядность (16, 32, 64), определяющая качество звука, и дополнительные возможности (например, эхо-эффект).
Сетевая плата – устройство для осуществления обмена данными через компьютерную сеть.
Таймер – внутренние часы персонального компьютера (питаются от блока питания при включенном состоянии компьютера и от батареи при выключенном состоянии компьютера).
Внешняя память персонального компьютера и относящиеся к ней устройства. Внешняя память персонального компьютера – это расположенные вне mother board (но внутри системного блока) элементы временного или постоянного хранения выполняемых программ, результатов промежуточных вычислений и окончательных результатов. К устройствам внешней памяти отнесем следующие:
· НГМД – устройство чтения и записи данных на гибкие магнитные диски (ГМД, FDD, floppy-disk);
· НЖМД - устройство чтения и записи данных на жесткие магнитные диски (HDD);
· CDROM – устройство чтения данных с оптических компакт-дисков (compact disk read only memory);
· стример – устройство чтения и записи данных на магнитную ленту; и некоторые другие. Устройства ввода данных в персональный компьютер:
· клавиатура;
· мышь;
· сканер – устройство ввода графических данных в персональный компьютер;
и некоторые другие, о которых речь пойдет позже, когда будут рассмотрены некоторые физические основы работы устройств ввода данных в персональный компьютер.
Устройства вывода данных из персонального компьютера:
· монитор;
· принтер – устройство для печати данных на бумаге;
· графопостроитель (plotter) – устройство для рисования графических объектов на бумаге;
· устройство для записи данных на компакт-диск;
· и некоторые другие, предназначенные для специальных целей.
Телефонный модем – устройство для осуществления обмена (ввода и вывода) данными с другими компьютерами через телефонную сеть.
Блок питания – устройство, получающее энергию из электрической сети и формирующее питающие напряжения для элементов компьютера.
Внутренняя структура персонального компьютера
Внутренняя структура персонального компьютера – шинная структура. Дадим определение информационной шине.
Информационная шина (BUS) – это группа линий связи между устройствами компьютера, обеспечивающая обмен данными между ними.
Как следует из рис. (ДАТЬ ОБЩУЮ СХЕМУ) таких шин в персональном компьютере три: шина данных, шина адреса и шина управления. Дадим определение каждой из них.
Шина данных – это группа проводников, обеспечивающая передачу данных между центральным процессором и другими элементами персонального компьютера.
Шина адреса – это группа проводников, обеспечивающая передачу адресной информации, предназначенной для выделения требуемой ячейке памяти или требуемого внешнего устройства.
Шина управления – это группа проводников обеспечивающих передачу сигналов управления обменом данными между центральным процессором, памятью и внешними устройствами.
Электрические параметры информационных шин и правила передачи и приема информации по этим шинам и реализуют внутренний интерфейс персонального компьютера. Рассмотрим параметры шин подробнее.
Шина данных – элемент компьютера, определяющий один из основных его параметров – разрядность (8 разрядов – IBM PC/XT, 16 разрядов – IBM PC/AT, 32 разряда – Pentium и более).
Шина адреса – элемент компьютера, определяющий максимальный объем памяти персонального компьютера (20 разрядов – IBM PC/XT, 24 разряда – IBM PC/AT, 32 разряда – Pentium).
Чем шире шина адреса, тем больший объем памяти может адресовать вычислительное устройство.
Шина управления – элемент компьютера, посредством которого передаются все основные управляющие сигналы от процессора в память или внешние устройства и наоборот.
Перечислим основные сигналы, передаваемые по шине управления, и опишем их смысл:
· сигнал R/W, определяющий операцию, которая будет выполнена над данными, выставляемыми на шину данных (чтение/запись);
· сигнал M/IO, определяющий выбор между памятью и внешним устройством, которые могут иметь одинаковые адреса, выставляемые на шину адреса;
· сигналы “запрос на прерывание” (IRQ), сообщающий процессору о том, что какое-то внешнее устройство хочет провести обмен данными с процессором. Каждое внешнее устройство подключается к определенной линии запроса на прерывание, поэтому операционная система, работающая в процессоре, может достаточно легко разобраться, какое устройство желает диалога, и вызвать программу, обслуживающую именно это внешнее устройство (драйвер).
Если же (по ошибке оператора или изготовителя аппаратуры) несколько внешних устройств подключается к одной линии запроса на прерывание, возникает так называемый “конфликт по прерываниям”. Этот конфликт заключается в том, что при обработке запроса от одного внешнего устройства может быть вызвана программа, предназначенная для работы с другим внешним устройством. Такое положение дел может привести даже к аварийной ситуации.
Монитор
Монитор – устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.
Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения – дюймы. Стандартные размеры: 14″; 15″; 17″; 19″: 20″; 21″. В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов.
Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маcку – панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25 – 0,27 мм.
Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.
Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считается значение 75 Гц, нормативным – 85 Гц и комфортным – 100 Гц и выше.
Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, TCO-92, TCO-95, TCO-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт MPR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте TCO-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах TCO-95 и TCO-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте TCO-95, а стандарт TCO-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).
Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения.
Клавиатура
Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления.
Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.
Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам.
Группа алфавитно-цифровых клавиш 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 CAPSLOCK (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. В системе Windows 98 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT.
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 функционадьных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы.
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.
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 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.
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
Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по пдлсеой поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
В первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы – драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при установке операционной системы компьютера.
Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. (Эти нажатия называются щелчками.) В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации – ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить комвнду, которую имел ввиду пользователь, т приступить к ее исполнению.
Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в графическом виде.
