Как компьютер выполняет программу

с помощью внешнего устройства в память компьютера вводится программа.

Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая команда (инструкция) программы, и организует ее выполнение.

Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой.

Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Это позволяет организовать выполнение одной и той же последовательности команд в программе много раз (цикл) и создавать достаточно сложные программы (ветвление).

Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода.

Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит в режим ожидания сигналов от внешних устройств.

НЕ ЗАБУДЬТЕ ПЕРЕВЕСТИ КОМПЬЮТЕР НА ЗИМНИЙ РЕЖИМ |EasyPC|

Особенности современных компьютеров.

схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.

Процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера — прерываний.

Параллельная обработка данных на нескольких процессорах.

Память представляет из себя пронумерованные ячейки, в которых хранятся программа и данные для работы. Внешние устройства компьютера – клавиатура для ввода информации и монитор для ее вывода.

Персональный компьютер состоит из двух частей:

Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как «твёрдые изделия».

А для программных средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово Software (буквально — «мягкие изделия»).

Программное обеспечение — это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.

Стандартная конфигурация пк

В состав Персонального Компьютера входят:

1. Системный блок
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Мышь

Системный блок

Системный блок является важнейшей частью персонального компьютера, так как в нем располагаются устройства, без которых невозможна работа ЭВМ. Тип корпуса системного блока зависит от вида персонального компьютера и определяет размер, размещение и количество устанавливаемых компонентов системного блока. Для настольных персональных компьютеров наиболее распространенными корпусами являются настольные (desktop) или в виде башни (tower).

Внутри системного блока размещены следующие обязательные компоненты, обеспечивающие работу компьютера в целом: системная (материнская) плата; микропроцессор; память компьютера; системная шина; набор электронных схем; блок электропитания; панель индикации; порты и слоты расширения; платы расширения; внешняя память.

Как работает процессор, просто о сложном ✌

Аппаратной основой персонального компьютера является системная (материнская) плата, на которой расположены микросхемы — центральный процессор и внутренняя память. Системная плата обеспечивает условия функционирования и связь основных составных частей персонального компьютера. Именно на системной плате размещены системные часы, которые определяют скорость выполнения компьютером операций. Скорость измеряется в мегагерцах (1МГц равен 1 млн. тактов в секунду). Системные часы задают ритм работы всего компьютера, синхронизируют работу большинства компонентов системной платы компьютера.

Платы и слоты расширения обеспечивают принцип открытой архитектуры построения современного персонального компьютера. Слотом называется разъем, куда вставляется плата. Наличие слотов расширения на системной плате позволяет рассматривать персональный компьютер как устройство, которое можно модифицировать.

Расширение возможностей компьютера осуществляется путем установки в слоте платы расширения. На плате расширения смонтированы различные микросхемы, которые предназначены для управления каким-либо устройством вне системного блока. Разъем платы расширения с помощью кабеля соединяет ее с этим устройством, расположенным вне системного блока. Термин «плата расширения» имеет синонимы «карта», «адаптер». К наиболее распространенным платам расширения относятся видеокарты, сетевые адаптеры, звуковые карты, внутренние модемы.

Реальные режимы работы монитора зависят от типа видеокарты, которая обеспечивает управление и взаимодействие монитора с персональным компьютером. Видеокарта (видеоадаптер) устанавливается в слот расширения на системной плате компьютера. Монитор, видеоадаптер и набор программ-драйверов образуют видеосистему персонального компьютера.

Системная шина предназначена для организации обмена информацией между всеми компонентами компьютера. Все основные блоки персонального компьютера подсоединены к системной шине. Основной функцией системной шины является обеспечение взаимодействия между центральным процессором и остальными электронными компонентами компьютера.

По проводникам этой шины осуществляется передача данных, их адресов, а также управляющей информации. Системная шина физически представляет собой набор проводников, объединяющих основные узлы системной платы. От типа системной шины, так же как и от типа процессора, зависит скорость обработки информации персональным компьютером.

К основным характеристикам системной шины относятся тактовая частота и разрядность канала связи. Современный компьютер имеет системную шину 32, 64 бита. Такая разрядность шины данных позволяет значительно повысить скорость обмена информацией, а увеличение разрядности адресной шины обеспечивает возможность обращения к большему объему оперативной памяти.

Однако системная шина как основная информационная магистраль не может обеспечить достаточную производительность для внешних устройств. Для решения этой проблемы в компьютере стали использовать локальные шины, которые связывают микропроцессор с периферийными устройствами.

Источник: studfile.net

Начинающему пользователю ПК: Как работает компьютер и как он устроен

Для того чтобы понять основные принципы работы компьютера, не помешает ознакомиться с его устройством, хотя бы в общих чертах.

Основой компьютера является материнская плата , к которой подключаются все остальные устройства.

От архитектуры (конфигурации) материнской платы зависит и то, сколько дополнительных устройств может быть подключено к компьютеру. Также, материнская плата является распределителем питания для всех устройств.

BIOS — Basic Input/Output System — (Базовая Система Ввода/Вывода) — первичный программный код, который записан в постоянное запоминающее устройство, находящееся на материнской плате. По своей сути BIOS это первичный язык (азбука) компьютера, который позволяет ему обнаруживать все внутренние подключенные к материнской плате устройства, работать с ними, а также содержит первичные базовые команды, которые позволяют компьютеру осуществлять загрузку более серьезного программного обеспечения.

Если сравнить компьютер с новорожденным ребенком, то BIOS это набор первичных инстинктов, с которыми ребенок рождается на свет. Он ещё ничего не знает, но уже может смотреть, кричать, хаотично двигать ручками и ножками, слышать звуки, ощущать прикосновения, запоминать какую-то незначительную информацию. У новорожденного ребенка уже всё работает, но совершенно хаотично и несистематизировано. Возможности новорожденного ребенка сильно ограничены.

Процессор — мозг компьютера. Процессор совершает все вычислительные операции. Вычислительной операцией называется абсолютно всё. Пользователь может видеть на экране текст, либо цветные картинки, либо слышать музыку из динамиков, для компьютера это всё — вычислительные операции. Компьютер работает с цифровыми значениями.

Для него существуют только цифры и сочетания цифр. Все исходные данные, а также результаты вычислений записываются в оперативную память.

Оперативная память сохраняет информацию только при поддержке питания. При обесточивании, вся информация из оперативной памяти безвозвратно исчезает. Оперативная память работает в паре с процессором и от её объема зависит продуктивность процессора. К примеру, если требуется обработать файл, который может быть целиком загружен в оперативную память, он будет обработан в ней процессором, а потом сохранен на жесткий диск.

В этом случае, недостаточный объем оперативной памяти может быть частично компенсирован её быстродействием. Если обмен данными происходит быстро, то пользователь не обнаружит задержки — когда часть обработанного файла была сохранена на жесткий диск, а на освободившееся в оперативной памяти место был загружен следующий фрагмент файла.

Жесткий диск в обиходе имеет несколько названий. Иногда его называют HDD — сокращение от Hard Disk Drive, а также можно услышать: Винчестер, Винт, Хард или Хард-диск . Жесткий диск является постоянным запоминающим устройством, которое способно хранить информацию даже при полном отключении электроэнергии.

Когда возникают сбои в работе компьютера или перепады напряжения в электросети, та информация, которая была сохранена на жестком диске, не утрачивается и не теряется.

Видеокарта служит для просчета изображения и вывода его на экран. По своей сути, видеокарта это мини-компьютер, который находится внутри большого компьютера. Видеокарта имеет свой собственный процессор и свою собственную оперативную память, в которой происходит просчет изображений и виртуальных сцен.

Видеокарта берёт на себя часть задач, связанных с просчетом изображения, чтобы этим не приходилось заниматься основному процессору компьютера.

Файл подкачки это зарезервированная область на жестком диске, которая используется для хранения виртуальных страниц и создаётся операционной системой автоматически. Обычно, система создаёт файл подкачки в полтора раза больше, чем имеется в наличии оперативной памяти, если пользователь не указал иные размеры. Файл подкачки позволяет расширить общий объем виртуальной памяти и обеспечивает быстрый доступ к уже просчитанным виртуальным страницам, чтобы избавить компьютер от необходимости просчитывать страницу каждый раз при обращении к ней.

Звуковая карта это аналог видеокарты, с той разницей, что звуковая карта занимается воспроизведением звука, дабы не отвлекать на эту задачу центральный процессор компьютера. Но поскольку воспроизведение звука не является столь сложной задачей, как воспроизведение видео, в большинстве случаев, звуковая карта интегрирована в материнскую плату и является её неотъемлемой частью.

Дополнительную звуковую карту устанавливают только в тех случаях, когда требуется высококачественный, студийный звук, который будет выводиться не на компьютерные колонки, а на профессиональную аудиоаппаратуру. В других случаях, использование отдельной звуковой карты не имеет смысла.

CD/DVD-ROM это устройство чтения компакт-дисков формата CD или DVD. Устройство используется для воспроизведения (чтения) аудио или видеофайлов, просмотра фотоальбомов, а также — установки операционной системы с загрузочного компакт диска на жесткий диск компьютера. Помимо чтения дисков, такое устройство может производить запись на CD или DVD диск.

Порты USB универсальные порты, которые были разработаны для подключения к компьютеру различных внешних устройств: смартфон, цифровая камера, флеш-накопители, мышь, клавиатура, съемные жесткие диски, устройства беспроводной связи и многое другое. При подключении устройства к порту USB, устройство сообщает компьютеру свою модель и другие исходные данные, которые позволяют компьютеру «найти общий язык» и работать с подключенным устройством.

Использование стандарта USB широко применяется в ноутбуках. Как правило, ноутбук может иметь два и более внешних порта USB, доступных пользователю. На самом же деле, таких портов гораздо больше, они находятся внутри ноутбука, не имеют стандартного внешнего разъема, поскольку, к ним постоянно подключены второстепенные внутренние устройства ноутбука: веб-камера, тачпад, встроенный микрофон, встроенные модули Wi-Fi и Bluetooth, а также устройства чтения карт памяти.

Принцип работы

При включении питания компьютера, в первую очередь, блок питания подаёт напряжение на материнскую плату, а через неё уже на все прочие устройства компьютера. Следующим этапом происходит чтение информации из постоянного запоминающего устройства BIOS, что позволяет компьютеру обнаружить все внутренние устройства, которые к нему подключены. В соответствии с настройками BIOS производится загрузка с дискеты, компакт-диска, запоминающего устройства подключенного к USB-порту или HDD.

В классической настройке BIOS приоритеты были расставлены следующим образом: В первую очередь производится загрузка с диска «A» или «B» — эти буквы всегда отводились под дискету (флоппи-диск). Если указанные дисководы пусты, осуществить загрузку с диска «C» — Жесткий диск компьютера. Позже, когда дискеты практически вышли из обихода, настройку BIOS изменили.

Приоритет загрузки отдали устройству чтения компакт-дисков CD-ROM. Если в этом устройстве нет диска, произвести загрузку, опять же, с диска «C». Подобная настройка BIOS позволяла без лишних хлопот установить операционную систему с загрузочного диска.

Достаточно было вставить компакт-диск с установочными файлами операционной системы в дисковод, и компьютер начинал загружаться с компакт-диска, выходил в режим установки операционной системы. Позже, когда компьютеры стали продаваться с уже заранее установленной операционной системой, настройку BIOS поменяли и принудили компьютер в любом случае загружаться с диска «C», игнорируя другие устройства.

Итак, загрузив BIOS, определив подключенные устройства, компьютер начинает загрузку операционной системы. В большинстве случаев это происходит с жесткого диска «C» или из раздела «C» находящегося на жестком диске. Помимо загрузки самой операционной системы, производится загрузка всех необходимых драйверов для обнаруженных устройств, подключенных в данный момент к компьютеру. В процессе работы, компьютер четко следует заданному алгоритму.

Говоря простым языком, компьютер четко выполняет инструкции, которые написаны для него человеком (программистом). Компьютер не может ошибаться, это было исключено ещё на заре развития кибернетики. Частично поврежденные элементы исключаются из работы. Либо, если повреждения значительны, компьютер отказывается работать совсем.

Таким образом, все ошибки, возникающие в работе компьютера, полностью лежат на совести программиста. Если программа была написана с нарушением компьютерной грамматики, компьютер, обнаружив ошибку, откажется выполнять программу. Однако, чаще бывает, что программа написана безукоризненно, но содержит логическую ошибку, которую компьютер обнаружить не способен.

Говоря простым языком, все команды написаны верно, но среди них отсутствует необходимая, либо присутствует команда, которая противоречит другой команде. Тогда компьютер берется выполнять программу, пока не дойдет до ошибки, где и происходит сбой в работе или зависание. Чаще всего, ошибки возникают по той причине, что программы были написаны разными программистами, которые не могли учесть всех тонкостей, не зная заранее — что написано другим.

Алгоритм это четкая, пошаговая инструкция, предусматривающая различные варианты развития событий. Без учета различных вариантов, работа компьютера с пользователем ограничивалась бы только запуском и выполнением программы, следующей одним, заранее написанным сценарием. Возможность менять ход сценария, делает компьютер уникальным и единственным устройством в своем роде.

Любой алгоритм, имеющий стандартное начало, содержит в себе строку, где пользователю предлагается выбор да/нет. В случае если выбрано «да», следует один путь развития сценария, если выбрано «нет», на этот случай имеется другой сценарий. Любая программа состоит из нумерованных строк.

Выполняя программу, компьютер последовательно считывает строки в возрастающем порядке, начиная от первой строки. Выполнив команду, заданную в одной строке, компьютер переходит к чтению следующей, если не было команды перейти на какую-либо другую строку.

То есть, к примеру, если в строке 337 сказано вывести на экран такое-то сообщение, после этого компьютер приступит к чтению строки 338. Если-же в строке 337 была команда перейти к строке, допустим 1164, тогда все строки с 338 по 1163 будут пропущены. Однако, следует понимать, что на деле, будучи построенными по описанному принципу, современные программы содержат мегабайты программного кода, где счет строк идет не на сотни и даже не на тысячи. Программы содержат сотни различных алгоритмов открытия, обработки и сохранения файла, что значительно расширяет возможности компьютера, делая их практически неограниченными.

Двоичный код

Двоичный код, как система сохранения данных, появился очень давно. Известно, что ещё во времена древних инков использовался данный принцип передачи информации. На верёвке завязывались узелки, которые означали единицу, а отсутствие узелка означало ноль. Позже система была забыта, но с появлением электроники, снова возродилась.

Чтобы найти золотую середину, необходимо познать обе крайности. Это правило актуально и для электроники.

Учитывая несовершенство первых компьютеров, проще было обозначить само наличие сигнала или его отсутствие, чем пытаться опираться на прочие характеристики электрического тока, которые могли быть сильно искажены помехами, но которые пытались использовать — как альтернативный путь развития кодирования. Одно время, разрабатывались процессоры, которые также реагировали на частоту электрического тока. Каждая частота имела собственное значение.

Слабое место подобного метода заключается в том, что любые помехи могут искажать исходный сигнал, что приведет к искажению данных — ошибке. Защитить устройство от посторонних помех довольно сложно, да и генерация импульсов различной частоты тоже усложняет задачу. Поэтому подобный путь передачи и хранения данных не получил широкого распространения.

Инженеры пошли более простым и безошибочным путем. Наличие сигнала, в определенный промежуток времени, стали рассматривать — как единицу, отсутствие сигнала, за такой же промежуток времени, взяли за ноль. Таким образом, сформировалась основа двоичного кода, которой присвоили обобщенное название бит . Для этого случая вполне справедлива поговорка: Отсутствие результата — тоже результат . И действительно, в двоичном коде, единица это один бит информации. Ноль (отсутствие сигнала) также является одним битом информации.

Один бит (ноль или единица) занимает одну ячейку памяти. Правда, из одного бита информации, даже из двух — много пользы не выжмешь. Можно поиграть с их чередованием. Скажем, выражение 00 имеет одно значение, выражению 01 можно присвоить — другое, следовательно, появляется возможность записать ещё два значения: 10 и 11. Всего четыре комбинации из двух битов.

Этого явно недостаточно для передачи и сохранения сложной информации. Если же использовать не два, а три бита, то возможных вариантов становится уже не четыре, а восемь: 000, 001, 010, 100, 101, 110, 011, 111. Увеличение количества бит всего на один — увеличивает количество возможных вариантов вдвое. Использование восьми бит даёт уже 256 вариантов комбинаций и этого вполне достаточно для того, чтобы присвоить каждому варианту свой собственный символ или определенную команду. Получается, что восемь бит уже могут иметь определенное значение и смысл. По этой причине, запись, состоящая из восьми бит, получила название байт .

Подобная схема и легла в основу BIOS , благодаря чему компьютер способен понимать буквы латинского алфавита, цифровые значения от 0 до 9, а также — специальные символы, использующиеся в программировании.

Источник: dzen.ru

Принцип и схема работы компьютера – аппаратная и программная части

В 1940-х годах, Томас Уотсон, глава корпорации IBM утверждал, что всему человечеству понадобится «около пяти компьютеров». Но уже сейчас, менее, чем через сто лет, число компьютеров и пользователей возросло до одного миллиарда! Правда и компьютеры изменились. Если тогда это были гигантские научные машины стоимостью больше миллиона долларов за штуку, то сейчас компьютеризированы не только ПК, но и телефоны, планшеты, микроволновки и холодильники. Но внешне различные приборы тем не менее состоят из одних и тех же чипов, цепей и транзисторов.

Принципы работы компьютера

Работу компьютера (ПК) делят на аппаратную и программную составляющие. Проще говоря, аппаратная составляющая – это те физические, реально существующие устройства ПК, а программная – это софт, программное обеспечение, которое нельзя потрогать, но которое служит для выполнения различных задач пользователя.

Программный принцип

Программная часть состоит из всех тех внутренних компонентов, которые делают работу с ним интуитивно понятной и удобной для пользователя. К ней относятся и операционная система, и различные программы, и драйвера, которые способствуют правильной работе периферийных (подключаемых) устройств.

Существуют три различных вида ПО: системное, прикладное и системы программирования. Системное подразумевает функционирование различных операционных систем, драйверов и системных утилит которые помогают выстроить «диалог» между пользователем и его устройством, управлять файлами ПК и подключенными к нему устройствами.

Прикладная часть состоит из приложений, направленных на решение поставленных задач. Они делятся на общее программное обеспечение и на программное обеспечение специального назначения. К первому виду относятся текстовые редакторы, аудиоплееры, игры и др., ко второму – различные математические, профессиональные программы, используемые ограниченным кругом лиц.

Системы программирования – это разные среды разработки, необходимые для создания пользовательских программ, используя различные языки программирования, компиляторы, средства сервиса и трансляции.

Способы включения компьютера или ноутбука без кнопки включения

Аппаратный принцип

Аппаратная же схема работы – это внутренние и внешне подключаемые к ПК устройства: клавиатура, мышь, принтер, а также непосредственно системный блок со всеми своими компонентами (материнская плата, процессор, память и т.п.) и монитор.

Для правильной работы ПК важны все элементы системного блока, однако отдельно выделяют материнскую плату, к которой и подключаются практически все остальные элементы: процессор, оперативная и постоянная память, жесткий диск, видео- и звуковая карты и др. Также материнская плата включает в себя слоты расширения, транзисторы и шины, которые используются для соединения и правильной работы ее элементов.

Микропроцессор, или центральное процессорное управление – это небольшое электронное устройство, которое может выполнять сложные вычисления. По сути, все логические и арифметические операции, которые и заложены в работу ПК – это работа именно ЦПУ.

Оперативное запоминающее устройство – память, которая задействуется для выполнения конкретных задач. Она хранит данные и инструкции, которые используются микропроцессором для выполнения операций. Постоянное запоминающее устройство хранит программы, инструкции и алгоритмы, непосредственно доступные в микропроцессоре.

Как работает компьютер?

Компьютер принимает и обрабатывает данные в соответствии со специальными инструкциями, а результаты обработки отправляет на устройства вывода.

Алгоритмы (наборы команд), программы и все остальные данные хранятся в памяти компьютера, которая разделена на ячейки. Центральное процессорное устройство включает в себя программный счетчик, который нужен для правильного порядка исполнения команд и алгоритмов. Также в состав ЦПУ входит и модуль для контроля порядка команд при обработке данных, арифметический логический модуль, служащий для выполнения компьютером операций арифметики и логики: сложения и сравнения.

Компьютер занимается обработкой введенной (входной) информацией, ее хранением и выводом. Вся информация представляется в виде двоичного (бинарного) кода: то есть нолей «0» (ложь) и единиц «1» (истина), которые также называются логическими переменными. Выделяют следующие программные элементы работы компьютера:

1. Входные данные: существуют различные формы ввода, такие как клавиатура и мышь, микрофон, веб-камера, сканер и др.
2. Память / хранение: компьютер хранит все документы и файлы пользователя на жестком диске, а вот телефоны и бытовые приборы используют другие устройства – флэш-карты памяти.
3. Обработка: она происходит с помощью процессора, которые спрятан глубоко внутри.
4. Вывод: компьютер снабжается монитором, экран которого способен отображать графические данные, так же к ПК часто подключаются колонки для вывода аудиоинформации.

Что же происходит, когда пользователь включает компьютер и запускает произвольную программу? Сначала программа, хранящаяся на жестком диске, загружается в оперативную память и сообщает процессору, какие дополнительные данные необходимо выгрузить в ОЗУ для дальнейшей работы, затем ЦПУ (центральное процессорное устройство) порционно обрабатывает взятую из ОЗУ информацию, выполняет сообщенные алгоритмы и действия, после чего результат выгружает обратно в оперативную память. Когда порции данных для обработки заканчиваются, итоговый результат загружается на жесткий диск и отправляется на хранение.

Например, пользователю необходимо сложить два числа А и В и получить число С. Входные числа будут определены в соответствующие ячейки ОЗУ, а еще одна будет задействована для фиксации результата С. Итак, можно выделить следующие шаги:

1. Контрольный модуль микропроцессора выгрузит по очереди инструкции программы (в нашем случае ввод чисел А и В, их сложение и вывод суммы) и, согласно им, входные данные (числа А и В, представленные в двоичном коде). При этом число А будет рассчитано в первую очередь и помещено в ОЗУ.
2. Число В будет отправлено непосредственно в арифметический логический модуль (АЛМ), где в дальнейшем и осуществится необходимая математическая операция.
3. Получившийся результат зафиксируется в регистре ЦПУ в случае, если в программе не будет указания сохранить результат, или, если такие указания приводятся, то контрольный модуль поместит число С в ячейку ОЗУ.
4. При закрытии программы результат ее выполнения сохраняется на жесткий диск компьютера.

Источник: composs.ru