Функционально-структурная организация персонального компьютера

Бытовые персональные компьютеры используют в домашних условиях. Их основное назначение: выполнение функции записной книжки, обеспечение несложных расчетов, ведение личной картотеки, средство обучения различным дисциплинам, инструмент доступа по телефонным каналам к общественным информационным фондам и т.д.

.

Рис 1. Персональный компьютер.

Устройства вывода информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства ввода информации – из этих частей состоит любой компьютер. Действенно эти части можно объеденить в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно крупных устройств.

Многократно персональный компьютер состоит из системного блока, видеомонитора, принтера, мыши, клавиатуры. Время от времени к компьютеру дополнительно подключаются, микрофон и головные телефоны, звуковые колонки, а также другие устройства вывода и ввода информации, например, устройство ввода графической информации, которое называется сканер.

.

Системный блок может объединять устройства обработки и хранения информации. О том, как компьютер обрабатывает и хранит информацию, я расскажу немного позже

Рис 2. Видеомонитор

Видеомонитор скорее напоминает бытовой телевизор, но обычно он обладает более высоким разрешением. Он предназначен для вывода информации. Компьютер может выводить на экран монитора как текстовую, так и графическую информацию. С помощью специального (и довольно дорогостоящего оборудования) к компьютеру можно подключить бытовой видеомагнитофон и одновременно с обычной работой просматривать в небольшом окне экрана монитора (или на всем экране) видеофильмы.

Рис 3. Клавиатура

Клавиатура компьютера напоминает клавиатуру пишущей машинки. Ее назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем мы еще узнаем.

Рис 4. Мышь

Мышь - это маленькая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с ней ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола, мы будем передвигать курсор по экрану монитора.

С помощью мыши мы можем указывать компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, необходимо нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что мы установили курсор на нужный объект. Для выполнения на компьютере некоторых задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна, чем клавиатура, так как является графическим устройством ввода компьютера

С помощью звуковых колонок, головных телефонов и микрофона компьютер может общаться с человеком естественным для него способом. Но к сожалению, человеческую речь компьютер понимает пока с огромным трудом, если вообще понимает...

Компьютер вводит информацию, обрабатывает, выводит и накапливать. Не вдаваясь в детали, отметим, что вся информация хранится в компьютере в виде чисел (даже текстовая, звуковая или графическая).

Устройства ввода преобразуют вводимую информацию в числа. Например, когда мы нажимаем клавиши на клавиатуре, из нее в основной блок передаются числа, которые соответствуют нажимаемой клавише. Если вводимая информация звуковая, она также преобразуется в поток чисел, соответствующее амплитуде звукового сигнала в данный момент времени. При вводе изображения с помощью сканера, образ, который получен хранится в виде чисел, которые описывают цвет и интенсивность отдельных точек изображения. При передвижении мыши по поверхности стола направление перемещения мыши и расстояние преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер.

Людям не очень удобно работать с цифровой информацией, они предпочитают аналоговую. Например, многие привыкли к механическим часам и не хотят покупать электронные с цифровой индикацией, потому что им легче определять время по положению стрелок. Компьютер (вернее, устройство обработки информации, входящее в состав компьютера), "любит" иметь дело с числами.

 

Поэтому, когда получает от человека информацию, после ее обработки компьютер должен преобразовать ее в удобную для человека форму из цифровой. Устройства вывода выдают человеку готовый результат обработки в виде изображения, звука и т. д.

 

Что же касается хранения информации, то она хранится в цифровом виде. Это удобно для обработки информации компьютером. Обычный пользователь не имеет возможность к непосредственному доступу к информации, которая хранится в устройствах памяти компьютера, поэтому для него не имеет значения формат записанных данных.

 

Кроме информации, которая введенна для обработки в компьютере хранится и другой вид данных - программы для работы с информацией. Они хранятся в виде чисел представляющие собой ни что иное, как инструкции компьютеру по работе с информацией. Программы предписывают компьютеру, какие следует выполнять операции в ответ на действия человека, который работает с компьютером. Как правило, для решения каждой задачи нужно иметь отдельную программу, хотя бывают и универсальные программы, которые способны выполнять несколько различных задач.

 

Системный блок компьютера

Что же скрывается внутри системного блока компьютера? Внутри находится устройство хранения информации, устройства обработки информации и другие узлы.

 

Если открыть корпус системного блока компьютера, мы увидим блок питания (Power Supply), печатную плату с микросхемами, которая называется материнской платой (Motherboard), и в которую вставлены платы размером поменьше - контроллеры, а также устройства внешней памяти - накопители на гибких магнитных дисках (FDD или НГМД) и накопители на магнитных (жестких) дисках (HDD или НМД). Внутри корпуса также имеется небольшой громкоговоритель и много соединительных кабелей.

 

Устройства ввода/вывода, такие как мышь (Mouse), клавиатура (Keyboard), видеомонитор и принтер (Printer) подключаются непосредственно к материнской плате,либо к контроллерам (Controller) - маленьким платам, которые вставлены в материнскую плату. Аналогично подключаются к материнской плате НГМД, НМД и громкоговоритель, а также светодиоды и кнопки, которые расположены на лицевой панели корпуса основного блока.

Рис 5. Системный блок компьютера

На материнской плате есть достаточно большая микросхема - центральный процессор (CPU или ЦП). Это компьютерный мозг. Процессор выполняет всю обработку данных, которые поступают в компьютер и хранятся в его памяти. Обработка выполняющаяся по управлением программы, которая, как я уже писала, также хранится в памяти компьютера. Персональные компьютеры оснащены центральными процессорами разной мощности (производительности). В зависимости от решаемости нами задачи возможно потребоваться тот или иной процессор, о чем я еще буду говорить.

 

Помимо центрального процессора, на материнской плате расположено еще одно важнейшее устройство - оперативная память или оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ). ОЗУ имеет относительно маленький объем - обычно от 1 до 16 мегабайт, однако, как это видно из названия, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, которые записаны в ОЗУ (на извлечение данных из ОЗУ требуется не более 60-100 наносекунд). Говорят, что данные в ОЗУ имеют малое время доступа.

 

 

Почему же вся память компьютера не работает так же быстро, как ОЗУ? Тому есть две причины. Во-первых, память, которая быстро действует стоит недешево. Во-вторых, все данные, которые хранятся в ОЗУ, исчезают при выключении питания компьютера. Устройства памяти типа НМД или НГМД сохраняют данные, даже когда компьютер не работает, и могут быть использованы для хранения информации на долгое время. Но время доступа к данным даже для лучших НМД составляет 5-10 миллисекунд, а для НГМД оно значительно больше.

Память компьютера

Расскажем подробнее о том, как работает и устроена память компьютера.

ОЗУ и ПЗУ

Мы уже знаем, что материнская плата компьютера имеет оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью несколько мегабайт с небольшим временем доступа. Эта память использующаяся для хранения данных на некоторое время, обрабатываемых центральным процессором. Впрочем в ОЗУ хранятся не только данные, туда перед запуском записывается программа.

 

Помимо ОЗУ на материнской плате имеется микросхема постоянного запоминающего устройства (ROM или ПЗУ). Данные записываются в ПЗУ один раз при изготовлении микросхемы на заводе и обычно не могут быть изменены впоследствии. В ПЗУ хранятся программы, запускающие компьютером автоматически при включении питания. Эти программы предназначены для проверки исправности и обслуживания аппаратуры самого компьютера. Они также выполняют  изначальную  загрузку главной обслуживающей программы компьютера – т.е операционной системы.

 

Очевидно ОЗУ и ПЗУ можно представить себе в в виде массива ячеек, в которые записаны отдельные байты информации. У каждой ячейки есть свой номер, причем нумерация начинается с нуля. Номер ячейки является адресом (Address) байта.

 

Центральный процессор при работе с ОЗУ указывает адрес байта, который он хочет прочитать из памяти или записать в нее. Естественно, из ПЗУ можно только читать данные. Прочитанные из ОЗУ или ПЗУ данные процессор записывает в свою внутреннюю память, устроенную подобно ОЗУ, но которая работает достаточно быстрее и имеет емкость не более десятков байт.

 

Рис 6. Работа процессора с ОЗУ

Процессор может обрабатывать только те данные, находящиеся в его внутренней памяти, в ОЗУ или в ПЗУ. Все эти виды устройства памяти называются устройствами внутренней памяти, они обычно располагаются естественно на материнской плате компьютера (внутренняя память процессора находится в самом процессоре)