Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их функции

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию

ГОУ ВПО Кировская государственная медицинская академия Росздрава

Кафедра физики, информатики и медтехники

(заведующий кафедрой Кудрявцев В.А.)

ЛЕКЦИЯ (методическая разработка)

для студентов 1 курса факультета экспертизы и товароведения

ТЕМА: Компьютер. Магистрально-модульный принцип построения

ЦЕЛЬ: способствовать формированию системы теоретических знаний о функциональной схеме компьютера, его основных элементах и их характеристиках.

ВРЕМЯ ЛЕКЦИИ: 4 часа

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Функциональная схема компьютера

2. Магистрально-модульный принцип построения

3. Характеристики процессора.

4. Характеристики памяти.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ СТУДЕНТОВ.

1. Какие основные устройства выделяют функциональной схеме компьютера?

2. Что такое системная шина? Шина адреса, шина данных, шина управления?

3. В чем заключается суть магистрально-модульного принципа построения ЭВМ?

4. Основные характеристики процессора.

5. Основные характеристики памяти.

ЛИТЕРАТУРА

Информатика: Базовый курс/ С.В. Симонович и др. – СПб.: Питер, 2002

ЛЕКЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА преподавателем кафедры физики, информатики и медтехники Ситниковой О.С.

Методическая разработка утверждена на заседании кафедры №__от «______»

Компьютер. Магистрально-модульный принцип построения

Компьютер — это универсальное (многофункциональное) электронное автоматическое устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации. Компьютер – это программно-управляемое устройство, т.е. он работает автоматически, без участия человека, но по составленной человеком программе, которая управляет всеми действиями компьютера.

Важным для понимания устройства и принципов работы компьютера является понятие архитектуры.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

В 1945г. американский ученый Джон фон Нейман опубликовал статью, где изложил основные принципы архитектуры ЭВМ, на которых базируется большинство современных и ранее разработанных компьютеров – их архитектура называется неймановской.

Первый принцип архитектуры Неймана. Основные блоки компьютера: процессор (орган арифметики и управления), память (орган памяти), устройства ввода и вывода (орган связи с внешним миром).

Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их функции.

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств: процессор, память(внутренняя и внешняя) и устройства ввода и выводаинформации. Рассмотрим более подробно назначение каждого из них.

Процессорявляется главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ)и устройство управления(УУ).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для обработки информации, выполнения арифметических и логических операций над данными;

Устройство управления (УУ) - управляет работой компьютера, формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные управляющие сигналы.

Конструктивно процессор представляет собой микросхему (или блок микросхем). Микросхема (интегральная схема) - сложная электронная схема, образованная большим количеством электронных элементов, сформированных на поверхности кристалла кремния или другого полупроводника.

Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами.Каков именно этот набор, определяется устройством конкретного процессора, но он не очень велик и в основном аналогичен для различных процессоров. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.

Хотя внутри процессора всегда имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нем сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели вкомпьютере служит другое устройство — память.

Мы рассмотрим лишь наиболее важные виды компьютерной памяти, поскольку ее ассортимент непрерывно расширяется и пополняется все новыми и новыми типами.

Память в целом предназначена для хранения как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих типов информации используется единое устройство.

Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю.

Исторически это действительно было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин внутрь основного процессорного корпуса удавалось поместить все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее терминология сохранилась.

Под внутренней памятьюсовременного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Главным ее достоинством является высокая скорость обмена сигналами с процессором, что обеспечивает быстрый доступ к хранимой информации.

Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий (раньше использовались магнитные устройства на основе ферритовых сердечников — лишнее свидетельство тому, что конкретные физические принципы значения не имеют).

Наиболее существенная часть внутренней памяти называется оперативное запоминающее устройство(ОЗУ). Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. Информацию можно записать в оперативную память или прочитать из нее. Оперативная память зависит от источника питания, ее содержимое: исчезает, при его отключении (энергозависимость).

Наверное, каждому пользователю известно, что при выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется.

В состав внутренней памяти современного компьютера, помимо ОЗУ, также входят и некоторые другие разновидности памяти, которые при первом знакомстве можно пропустить.

Здесь упомянем только о постоянном запоминающем устройстве(ПЗУ). Постоянная память предназначена для хранения информации, к которой необходим быстрый доступ, но нет возможности (и нецелесообразно) с каждым новым включением загружать ее в ОЗУ. В ПЗУ хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит отсостояния компьютера.

Для лучшего понимания можно указать на некоторую аналогию между информацией в ПЗУ и "врожденными" безусловными рефлексами у живых существ).

Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы.

Внешняя памятьреализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда прежде всего следует отнести накопители на гибких и жестких магнитных дисках (последние пользователи жаргонно именуют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD-ROM). В конструкции устройств внешней памяти имеются механически движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее внешняя намять позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования.

Подчеркнем, что информация во внешней памяти прежде всего предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдаленно представить содержимое немаркированной дискеты или диска CD-ROM.

Современные программные системы способны объединять внутреннюю и внешнюю память в единое целое, причем так, чтобы наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Такой метод дает возможность очень существенно расширить объем обрабатываемой с помощью компьютера информации.