Лабораторная работа n 1

ИЗУЧЕНИЕ АРХИТЕКТУРЫ И СТРУКТУРЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Цель работы: ознакомиться со структурой персонального компьютера.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с представленным в тексте теоретическим материалом.

2. Составить конспект, в который включить выборочно новую для вас информацию.

3. Для защиты работы необходимо подготовиться к ответам на контрольные вопросы (в конце текста)

Введение

Персональные компьютеры как впрочем и большинство ЭВМ других конфигураций различающихся по производительности и характеру использования постоянно совершенствуются, улучшаются их характеристики. Однако изменений в базовой структуреи принципах работы не происходит. В основу положены положения разработанные в 1945 г. Джоном фон Нейманом.

Архитектура фон Неймана

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако, соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.

Наличие заданного набора исполняемых команд и программ было характерной чертой первых компьютерных систем. Сегодня подобный дизайн применяют с целью упрощения конструкции вычислительного устройства. Так, настольные калькуляторы, в принципе, являются устройствами с фиксированным набором выполняемых программ. Их можно использовать для математических расчётов, но невозможно применить для обработки текста и компьютерных игр, для просмотра графических изображений или видео. Изменение встроенной программы для такого рода устройств требует практически полной их переделки, и в большинстве случаев невозможно. Впрочем, перепрограммирование ранних компьютерных систем всё-таки выполнялось, однако требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации и перестройки блоков и устройств и т. п.

Всё изменила идея хранения компьютерных программ в общей памяти. Ко времени её появления использование архитектур, основанных на наборах исполняемых инструкций, и представление вычислительного процесса как процесса выполнения инструкций, записанных в программе, чрезвычайно увеличило гибкость вычислительных систем в плане обработки данных. Один и тот же подход к рассмотрению данных и инструкций сделал лёгкой задачу изменения самих программ.

Принципы фон Неймана

В 1946 году трое учёных[1] — Артур Бёркс (англ. Arthur Burks), Герман Голдстайн (англ. Herman Goldstine) и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства» В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных.

Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

Принцип двоичности.

Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.

Принцип программного управления.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности

Принцип однородности памяти.

Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Принцип последовательного программного управления.

Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.

Принцип условного перехода.

Kоманды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. (Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

Персональный компьютер

Типовой персональный компьютер состоит из корпуса и следующих компонентов:

 материнская плата, на которой установлен центральный процессор (CPU), оперативная память и другие части, а также слоты расширения

 оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и кэш (обычно входит в состав CPU)

 Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

 Шины — PCI, PCI-E, USB, FireWire, AGP (устарела), ISA (устарела), EISA (устарела)

 Блок питания

 Контроллеры устройств хранения — IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения. К контроллерам подключены:

- жёсткий диск (винчестер),

- привод гибких дисков,

- CD-ROM и другие устройства.

 Накопители на сменных носителях

 Приводы оптических дисков

привод гибких дисков

стример

 Устройства хранения информации

жёсткие диски (винчестер) (иногда с возможностью объединения в RAID-массив)

 Видеоконтроллер (встроенный или в виде платы расширения — см. графическая плата), передающий сигнал на монитор

 Звуковой контроллер (см. звуковая плата)

 Сетевой интерфейс (см. сетевая плата)

Кроме того, в аппаратное обеспечение также входят внешние компоненты — периферийные устройства:

Устройства ввода

Клавиатура

Мышь, трекбол или тачпад

Джойстик

Сканер

Устройства вывода

Монитор (дисплей)

Колонки/наушники

Печатающие устройства

Принтер

Плоттер (графопостроитель)

Модем — для связи по телефонной линии

К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол - это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств.

Персональный компьютер - универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости. Тем ни менее существует понятие базовой конфигурации. В настоящее время базовая конфигурация состоит из 4 составляющих:

• системный блок

• монитор

• клавиатура

• мышь.