РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
УНИВЕРСИТЕТ «ТУРАН»
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»
Раздел: «Аппаратное обеспечение компьютера»
Краткий конспект лекций
Методические материалы для лабораторных занятий
Методические рекомендации по СРСП и СРС
Для студентов специальности _________________________________________
АЛМАТЫ, 2009
Содержание
Краткий конспект лекции №2 3
Методические материалы для лабораторного занятия №2 16
Методические рекомендации по СРСП №2 19
Методические рекомендации по СРС №2 20
Краткий конспект лекции №2
Тема: «Аппаратное обеспечение компьютера».
Количество часов: 1 ч.
Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ)
Компьютер — это многофункциональное электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации.
Рис. 1
Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Но компьютер — техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютера. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими общими принципами:
Двоичное кодирование информации;
Программное управление работой компьютера (идея Чарльза Бэббиджа);
Хранимая программа (по предложению американского математика Джона фон Неймана (1903-1957).
Наряду с данными каждая команда программы работы компьютера, кодируемая определенной последовательностью из нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти.
Современный компьютер — это единство аппаратных средств (hardware) и программного обеспечения (software). Компьютерная программа — это закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру, алгоритм для исполнения компьютером, записанный или на языке машинных двоичных кодов, или на специальном языке программирования. Чтобы на компьютере можно было решать задачи, нужна совокупность программ — программное обеспечение.
Устройство управления (УУ) процессора воспринимает, считывая из оперативной памяти, команду за командой, анализирует, а затем организует ее выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства произведут действие: напечатают на бумаге, выведут на экран, воспримут с клавиатуры, занесут на магнитный диск и т.д. Для выполнения команд самим процессором в нем предусмотрено арифметико-логическое устройство (АЛУ). Выполнив одну команду из оперативной памяти, компьютер переходит к следующей команде и так, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить.
Основными компонентами компьютера являются: процессор, память и устройства ввода-вывода (Рис. 2). Процессор и память – это центральные устройства компьютера. Указанная ниже схема отражает циркуляцию информационных потоков в компьютере.
Рис. 2
Особенности работы процессора и оперативной памяти
Внешне процессор – это маленькая металлическая или керамическая плоская коробочка (Рис. 3). Именно он руководит работой всех частей ЭВМ. Конечно, «главнокомандующий» процессор сам всего лишь исправно исполняет команды, подготовленные для него человеком.
Рис. 3
Оперативная память – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения информации, непосредственно участвующей в процессе выполнения операций, выполняемых процессором.
Оперативную память называют еще по другому «Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)», или просто «память» (как в приведенной выше схеме). Информационный объем оперативной памяти персонального компьютера обычно составляет от 32 до 256 Мб и выше.
Оперативная память является энергозависимым устройством: при выключении питания ее содержимое полностью стирается.
Внешний вид модуля (чипа) оперативной памяти приведен на Рис. 4.
Рис. 4
Процессор связан только с оперативной памятью. Как это согласуется с тезисом, что именно процессор управляет всеми устройствами и, следовательно, связан с каждым из них? Дело в том, что указанная схема в первую очередь отражает не процессы управления в компьютере, а циркуляцию в нем информационных потоков. Она подчеркивает, что вся информация в компьютере поступает только в оперативную память и выдается именно из нее.
Кроме того, у центрального процессора есть помощники – контроллеры, которые управляют периферийными устройствами и каналами связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления данным оборудованием.
В каждом современном компьютере имеется еще и сверхоперативная память, называемая кэш-памятью. Она предназначена для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и скорости ее извлечения из оперативной памяти. Для работы с кэш-памятью имеется специальный контроллер, который анализирует выполняемую программу и пытается определить, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и загружает их в кэш-память.
Конечно, бывают как попадания, так и промахи. Отношение числа попаданий к числу промахов определяет эффективность кэширования. Современные процессоры имеют, как правило, встроенную кэш-память объемом 128—256 Кб.
Но и этим не исчерпывается внутренняя память компьютера. Каждый компьютер имеет постоянное запоминающее устройство (сокращенно ПЗУ). Это энергонезависимая память, используемая для хранения информации, которая никогда не изменяется: из ПЗУ информацию можно только считывать.
Важную роль играет и перепрограммируемая постоянная память (флэш-память). Это тоже энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись всего содержимого.
Во флэш-памяти хранится так называемая BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) – совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения компьютера и для загрузки операционной системы в оперативную память.