Архитектура персонального компьютера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

    «ВОРОНЕЖСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

    КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ И МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ                  
 
 

    РЕФЕРАТ

      по организации самостоятельной работы на тему:

Архитектура персонального компьютера 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Воронеж 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………3

1. Внешняя архитектура ПК………………………………………..4
2. Внутренняя архитектура…………………………………………8

Заключение………………………………………………………..……18

Список литературы…………………………………………………….19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

       Архитектура компьютера — логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов вычислительной системы. Архитектура заключает в себе требования к функциональности и принципы организации основных узлов ЭВМ.

       В настоящее время наибольшее распространение  в ЭВМ получили 2 типа архитектуры: принстонская и гарвардская. Обе  они выделяют 2 основных узла ЭВМ: центральный процессор и память компьютера. Различие заключается в структуре памяти: в принстонской архитектуре программы и данные хранятся в одном массиве памяти и передаются в процессор по одному каналу, тогда как гарвардская архитектура предусматривает отдельные хранилища и потоки передачи для команд и данных.

       В более подробное описание, определяющее конкретную архитектуру, также входят: структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам  этой структурной схемы, организация  и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организация памяти и способы её адресации, набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.

       По  перечисленным признакам и их сочетаниям среди архитектур выделяют:

       По  разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-, 86-разрядные (ряд ЭВМ  имеет и иные разрядности);

       По  особенностям набора регистров, формата  команд и данных: CISC, RISC, VLIW;

       По  количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные. 
 

1. ВНЕШНЯЯ АРХИТЕКТУРА ПК

       Внешняя архитектура современного персонального  компьютера представляет собой соединение монитора, клавиатуры, мыши и акустической системы к системному блоку.

       Системный блок— функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри системного блока, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и является основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки чаще всего изготавливаются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина или органическое стекло.

       В системном блоке расположены:

       Материнская плата с установленным на ней процессором, ОЗУ, картами расширения (видеоадаптер, звуковая карта).

       Отсеки  для накопителей—жёстких дисков, дисководов CD-ROM и др.

       Монитор, дисплей— универсальное устройство визуального отображения всех видов информации. Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения — активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.

       По  строению:

       ЭЛТ — на основе электронно-лучевой  трубки (англ. cathode ray tube, CRT)

       ЖК  — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)

       Плазменный  — на основе плазменной панели

       Проекционный  — видеопроектор и экран, размещённые  отдельно или объединённые в одном  корпусе (как вариант — через  зеркало или систему зеркал)

       OLED-монитор  — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод).

       Клавиатура  компьютера— одно из основных устройств ввода информации от пользователя в компьютер. Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатуры, которые поставлялись вместе с предыдущими сериями — IBM PC и IBM PC/XT, — имели 86 клавиш. Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на английский алфавит.

       По  своему назначению клавиши на клавиатуре делятся на шесть групп:

       функциональные;

       алфавитно-цифровые;

       управления  курсором;

       цифровая  панель;

       специализированные;

       модификаторы.

       Двенадцать  функциональных клавиш расположены  в самом верхнем ряду клавиатуры. Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся  клавиши управления курсором, а с  самого правого края клавиатуры —  цифровая панель.

       Манипулятор «мышь»— одно из указательных устройств ввода, обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером.

       Принтер (англ. printer — печатник) — устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера.

       Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка или твёрдая копия.

       Принтеры  бывают струйные, лазерные, матричные  и сублимационные, а по цвету печати — чёрно-белые (монохромные) и цветные. Иногда из лазерных принтеров выделяют в отдельный вид светодиодные принтеры.

       Монохромные принтеры имеют несколько градаций, обычно 2—5, например: чёрный — белый, одноцветный (или красный, или синий, или зелёный) — белый, многоцветный (чёрный, красный, синий, зелёный) —  белый.

       Монохромные принтеры имеют свою собственную  нишу и вряд ли (в обозримом будущем) будут полностью вытеснены цветными.

       Сканер (англ. scanner)— устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью.

       По  способу перемещения считывающей  головки и изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на ручные (англ. Handheld), рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные (англ. Flatbed) и проекционные.

       Акустическая  система— устройство для воспроизведения звука.

       Акустическая  система бывает однополосной (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создаёт звуковое давление в своей частотной полосе). Акустическая система состоит из акустического оформления (например, «закрытый ящик» или «система с фазоинвертором» и др.) и вмонтированных в него излучающих головок (обычно динамических).

       Однополосные  системы не получили широкого распространения  ввиду трудностей создания излучателя, одинаково хорошо воспроизводящего сигналы разных частот. Высокие интермодуляционные искажения при значительном ходе одного излучателя вызваны эффектом Доплера.

       В многополосных акустических системах спектр слышимых человеком звуковых частот разбивается на несколько  перекрываемых между собой диапазонов посредством фильтров (комбинации резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, или с помощью цифрового кроссовера). Каждый диапазон подаётся на свою динамическую головку, которая имеет наилучшие характеристики в этом диапазоне. Таким образом достигается наиболее высококачественное воспроизведение слышимых человеком звуковых частот (20—20 000 Гц). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ВНУТРЕНЯЯ АРХИТЕКТУРА ПК

       Внутренняя  архитектура современного персонального  компьютера определяется схемой его  чипсета, которую можно найти  на сайтах производителей — Intel и AMD.

       Чипсет (англ. chip set) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, ЦПУ, ввода-вывода и других. Чипсеты встречаются и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.

       Выбор типа чипсета зависит от процессора, с которым он работает, и определяет разновидности внешних устройств (видеокарты, винчестера и др.).

       В характеристиках каждого процессора можно найти, с какими чипсетами  он может работать.

       Например, для процессоров Core 2 Duo рекомендуется  использовать чипсет Intel® P965 Express и материнские  платы, созданные на его основе.

       Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard) — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express.

       Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ)— в информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

       ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

       Загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

       Центральный процессор (ЦП; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное вычислительное устройство) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.

       Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных  микросхем (чипов), реализующих все  особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 1980-х последние практически  вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

       Ранние  ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных  для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.