Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:
- память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
- процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- устройство ввода;
- устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация. Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 1). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками — пути и направления передачи управляющих сигналов. 
- приём информации из других устройств;
- запоминание информации;
- выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
- обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;
- программное управление работой устройств компьютера.
| Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). |
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами.
| Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. |
Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода).
| Регистрпредставляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. |
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
- сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
- счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
- регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
Урок 14. Прерывания в компьютере
Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!
На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на эвм по составленной программе, которая определяет последовательность действий компьютера.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды (рис. 1) А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека. 2. Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти.
Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. (поэтому этот принцип еще называют «Принципом однородности памяти») Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей.
Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы.
На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских.
Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без «счетчика команд», указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называютсяне-фон-неймановскими.
Источник: studfile.net
Основные компьютерные средства
С точки зрения выполняемых функций персональный компьютер можно представить как микропроцессорную систему, содержащую четыре блока, или подсистемы (рис. 1.1):
- • центральный процессор, на который возлагается выполнение основных функций по организации обработки цифровой информации;
- • блок основной памяти, предназначенный для хранения и выдачи цифровой информации (команд и данных) исполняемых программ.
Рис. 1.1. Структурно-функциональная организация компьютера
По сути дела, блок основной памяти обеспечивает нормальное функционирование центрального процессора и микропроцессорной системы (компьютера) в целом при выполнении программы;
- • блок периферийных (внешних) устройств, предназначенных для ввода исходной информации, управления работой компьютера, вывода результатов обработки и преобразования их к виду, удовлетворяющему требованиям пользователя;
- • блок интерфейса, обеспечивающий взаимодействие устройств и компонентов микропроцессорной системы, т.е. их сопряжение (согласование, совместимость) на аппаратном, программном и конструктивном уровнях.
Рассмотрим в общих чертах отдельные функциональные блоки микропроцессорной системы.
Центральный процессор
В процессоре можно выделить три составные части:
- • операционное устройство, выполняющее определенный набор команд (инструкций): команды пересылки данных; команды арифметических, логических и битовых операций; команды безусловной передачи управления и условных переходов; команды организации программных циклов и др. Набор команд современных процессоров насчитывает несколько сотен. В схемном отношении операционное устройство представляет собой набор узлов для реализации современных технологий (выполнение целочисленных операций и операций с плавающей точкой, потоковая обработка данных и др.). В первых процессорах операционное устройство формировалось на основе арифметическо-логического устройства (АЛУ);
- • устройство управления, основные функции которого состоят в управлении процессом выполнения команд, а именно в формировании требуемой последовательности управляющих сигналов (микрокоманд, выполняемых на одном процессорном такте). Совокупность микрокоманд представляет собой микропрограмму для данной команды. При выполнении отдельных микрокоманд используются осведомительные сигналы (логические условия, признаки, флаги), поступающие со стороны операционного устройства. Осведомительные сигналы информируют устройство управления о состоянии операционного устройства;
- • устройство памяти в виде набора регистров, образующих внутреннюю быстродействующую память процессора. Часть регистров доступна программисту и предназначена для хранения операндов и выполнения действий над ними, формирования адреса для взаимодействия с основной памятью и других действий. Хранение во внутренних регистрах операндов значительно ускоряет выполнение программы, так как отсутствует необходимость обращения к основной памяти, которое требует дополнительного времени. Другая часть регистров, доступ к которым может быть ограничен и даже исключен (программно-невидимые регистры), используется процессором для служебных (системных) целей. К устройству памяти можно отнести встроенную кэш-память, которую имеют все современные процессоры.
Помимо приведенных основных устройств процессоры содержат ряд специфических устройств, используемых для реализации различных (процессорных) технологий [10, 12].
Источник: studme.org
Устройство компьютера выполняющее команды программы
Основные компоненты компьютера и их функции
Код ОГЭ: 1.4.1. Основные компоненты компьютера и их функции.
Содержание (быстрый переход): Скрыть
Основные определения, понятия
Компьютер — это электронное устройство для программной обработки информации. Прообразом первого компьютера принято считать аналитическую машину, разработанную Чарльзом Бэббиджем в 1834 г.
Структура компьютера — модель, которая определяет состав, порядок и принципы взаимодействия элементов компьютера. Состав компьютера называют конфигурацией.
Архитектура компьютера описывает его организацию и принципы функционирования его структурных элементов. Она включает в себя основные устройства компьютера и структуру связей между ними.
В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально-модульный принцип, т.е. компьютер — это набор блоков (модулей), взаимодействующих с общим каналом для обмена данными — системной шиной (магистралью).
Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.
Базовая конфигурация — минимальный состав компьютера, достаточный для начала работы с компьютером. В базовую конфигурацию обычно входят системный блок, монитор (дисплей) и клавиатура.
Внутреннее устройство компьютера
Системный (базовый) блок — это основной узел компьютерной системы; он содержит наиболее важные компоненты, осуществляющие обработку данных. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, — внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода, обмена и длительного хранения данных, называют периферийными.
Монитор (дисплей) компьютера предназначен для отображения информации, передаваемой в виде сигналов от видеоконтроллера (видеокарты).
Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Системный блок содержит материнскую плату, накопители на магнитных и лазерных дисках, блок питания с вентилятором. В системном блоке также могут быть установлены звуковая карта, видеокарта и др.
Материнская (системная) плата — это сложная многослойная печатная плата, на которой располагаются все необходимые компоненты для работы компьютера. Она обеспечивает обмен информацией между устройствами с помощью различных шин. На ней расположены разъемы (слоты) для подключения разных устройств: процессора, модулей памяти, адаптеров и контроллеров, соединенных системной шиной. Материнская плата осуществляет основные функции по объединению этих компонентов компьютера в согласованно работающее устройство.
Процессор (центральный процессор, ЦП) выполняет все действия по обработке информации и управляет работой компьютера. Производительность процессора зависит от его частоты и разрядности. Тактовая частота — количество операций, которые процессор производит за секунду.
Она измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц): 1 МГц означает выполнение 10 6 (миллион) операций за секунду, 1 ГГц — 10 9 (миллиард) операций за секунду. Разрядность — длина двоичного кода, который процессор может обработать или передать целиком одновременно.
Современные ПК обычно оснащены 32– или 64–разрядными процессорами; существуют процессоры с разрядностью 128 бит. Современные процессоры — многоядерные, они содержат несколько (до 32) процессорных ядер в одном корпусе. Однако частота процессора намного важнее количества ядер. Так что одноядерный процессор с 3,6 ГГц лучше 4 ядерного процессора с 1,5 ГГц.
Основная память компьютера состоит из оперативной памяти (ОП, ОЗУ, оперативного запоминающего устройства) и постоянной памяти (ПП, ПЗУ, постоянного запоминающего устройства). Оперативная память — это набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен (после его выключения содержимое ОЗУ теряется).
В ней сохраняются команды и промежуточные результаты, с которыми компьютер работает в данный момент. Постоянная память — это микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе когда компьютер выключен. Она сохраняет постоянную информацию, которая записывается лишь один раз в заводских условиях и не может быть изменена пользователем. Самой важной характеристикой памяти является ее объем. Современным программам, например, требуется оперативная память объемом 128, 256 Мбайт и больше.
Обмен данными между отдельными элементами компьютера осуществляется через системную шину (магистраль). Шина — это кабель, состоящий из множества проводников. Обычно шина управляется специальной программой — драйвером.
Внешние устройства (клавиатура, монитор, дисководы, мышь и др.) подсоединяются к системной шине через адаптеры и контроллеры, которые обеспечивают функционирование этих устройств.
Устройства внешней памяти называются накопителями. Они предназначены для длительного сохранения информации. К ним относятся накопители на жестких, гибких и оптических дисках, флеш–память и др.
Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD — Hard Disk Drive, он же «винчестер») — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ практически всех современных компьютеров. Одна из основных характеристик жесткого диска — емкость (количество данных, которые могут храниться накопителем; для современных устройств достигает нескольких терабайт). Гибкие магнитные диски были вытеснены компакт–дисками (оптическими дисками) и DVD, а затем — флеш-памятью (твердотельными носителями данных), которые имеют значительно большую емкость и надежность. В настоящее время существуют не только внутренние, но и внешние дисководы, имеющие удобное подключение к настольному ПК, ноутбуку, нетбуку.
Звуковая карта (звуковая плата) — это плата, которая позволяет работать на компьютере со звуком.
Видеокарта (графическая плата, видеоадаптер) — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.
Периферийные устройства
Периферийные устройства (внешние устройства) — устройства для ввода или вывода информации: принтеры, клавиатуры, мыши, сканеры и т. д. Подсоединение их к компьютеру производится через специальные разъемы — порты ввода/вывода. По способу передачи информации различают последовательные (информация передается последовательно) и параллельные (несколько битов информации передается одновременно) порты. В настоящее время они вытесняются шиной USB и беспроводными технологиями передачи информации.
Устройства ввода информации
Клавиатура. Сегодня существует огромное количество различных клавиатур: мультимедийные и веб–клавиатуры, эргономичные и игровые, беспроводные и гибкие, виртуальные лазерные и др. По методу подключения к системному блоку различают проводные (все чаще подключаемые с помощью USB) и беспроводные клавиатуры.