Характеристика основных устройств ПК

Персональный компьютер (ПК) - это не один электронный аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин "конфигурация ПК" означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д.

Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Конструктивно каждая модель ПК имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер, в него входят:

- системный блок (плюс дисковод или винчестер, вмонтированный в корпус);

- монитор;

- клавиатура.

Все вышеперечисленное составляет "базовую конфигурацию'¹¹ данной модели. Различают также понятие "обязательной конфигурации" ПК, которая означает необходимый набор компонентов для работы с конкретным программным продуктом. ПК-это настольная или переносная машина, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности.

Систематизация в период стремительного развития техники очень усложнена, постоянно появляются новые устройства, изменяется технология их изготовления и применения, развивается полифукциональность и др.

Внутри системного блока компьютеранаходится устройство обработки информации, устройства хранения информации и другие узлы.

Если открыть корпус системного блока компьютера вы увидите блок питания (Роwег Sиррly), большую печатную плату с микросхемами, называемую материнской платой (Моthеrbоаrd), 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 есть также маленький громкоговоритель и много соединительных кабелей.

Устройства ввода/вывода, такие как мышь (Моиsе), клавиатура (Кеуbоаrd), видеомонитор и принтер (Рrinter) подключаются непосредственно к материнской плате либо к контроллерам (Соntrоllеr) -маленьким платам, вставленным в материнскую плату. Аналогично подключаются к материнской плате НГМД, НМД и громкоговоритель, а также кнопки и светодиоды, расположенные на лицевой панели корпуса основного блока.

На материнской плате есть большая микросхема - центральный процессор (CPU или ЦП). Это мозг компьютера. Процессор выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютер и хранящихся в памяти компьютера. Обработка выполняется под управлением программы, которая также хранится в памяти компьютера. Персональные компьютеры оснащаются центральными процессорами разной мощности (производительности). В зависимости от решаемой вами задачи может потребоваться тот или иной процессор.

Кроме центрального процессора, на материнской плате расположено еще одно важнейшее устройство - оперативная память или оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ). ОЗУ имеет относительно небольшой объем. Как видно из названия, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, записанным в ОЗУ. Говорят, что данные в ОЗУ имеют малое время доступа.

Почему вся память компьютера не работает так же быстро, как ОЗУ? Во-первых, быстродействующая память дорого стоит. Во-вторых, все данные, хранящиеся в ОЗУ, пропадают при выключении питания компьютера. Устройства памяти типа НМД или НГМД сохраняют данные, даже если компьютер не работает, и могут использоваться для долговременного хранения информации, однако время доступа к данным даже для лучших НМД составляет 5-10 миллисекунд, а для НГМД оно существенно больше.

Центральный процессор

Основу центрального процессора ПЭВМ составляет микропроцессор – обрабатывающее устройство, служащее для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения ОП и ВнУ и для управления ходом вычислительного процессора. В настоящее время существует большое число разновидностей микропроцессоров (МП), различающихся назначением, функциональными возможностями, структурой и исполнением. Наиболее существенными, классификационными различиями между ними чаще всего выступают:

· назначение (микропроцессоры для серверов и мощных приложений; МП для персональных компьютеров и т.д.);

· количество разрядов в обрабатываемой информационной единице (8-битовые, 16-битовые, 32-битовые, 64-битовые);

· технология изготовления (0,5 мкм; 0,35 мкм; 0,25 мкм; 0,18 мкм; 0,13 мкм; 0,07 мкм); МКМ – это микронная технология (каждый транзистор размещается на кристалле внутри квадрата с указанным размером стороны).

Поскольку огромный объем программного обеспечения разработан для системы команд базового микропроцессора фирмы Intel (I8086), все последующие разработки этой фирмы и фирм, выпускающих клоны, обеспечивают совместимость с базовой моделью.

Структурная схема базовой модели МП фирмы Intel приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Структурная схема микропроцессора

Условно микропроцессор можно разделить на две части: исполнительный блок (Execution Unit, EU) и устройство сопряжения с системной магистралью (BUS Interface Unit, BIU).

В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистры общего назначения (РОН). Арифметический блок включает арифметико-логическое устройство, вспомогательные регистры для хранения операндов и регистр флагов.

Восемь регистров исполнительного блока МП (АХ, ВХ, СХ, DX, SP, BP, SI, DI) имеющих длину, равную машинному слову, делятся на две группы. Первую группу составляют регистры общего назначения: – АХ, ВХ, СХ и DX, каждый из которых представляет собой регистровую пару, составленную из двух регистров длиной 0,5 машинного слова: аккумулятор или регистр АХ, состоит из регистров АН и АL. Регистры базы (Base Register) ВХ состоят из регистров ВН и ВL. Счетчик (Count Redister) СХ включает регистры СН и СL. Регистр данных (Data Register) DХ содержит регистры DН и DL. Каждый из коротких регистров может использоваться самостоятельно или в составе регистровой пары. Условные названия (аккумулятор, регистр базы, счетчик, регистр данных) не ограничивают применения этих регистров – эти названия говорят о наиболее частом использовании их или об особенности использования того или иного регистра в той или иной команде.

Вторую группу составляют адресные регистры: SP, BP, SI и DI (в старших моделях количество адресных регистров увеличено). Эти регистры активно используются по функциональному назначению и в других целях их применять не рекомендуется. В качестве адресного регистра часто используется PON BX. Программно допускается использование регистров BP,DI и SI в качестве регистров для хранения операндов, но отдельные байты в этих регистрах недоступны. Основное их назначение – хранить числовые значения, реализуемые при формировании адресов операндов.

Устройство сопряжения с системной магистралью содержит управляющие регистры, конвейер команд, АЛУ команд, устройство управления исполнительным блоком МП и интерфейс памяти, соединяющий внутреннюю магистраль МП с системной магистралью ПЭВМ.

Управляющие регистры BIU: CS (указатель командного сегмента), DS (указатель сегмента данных), SS (указатель сегмента стека), ES (указатель дополнительного сегмента), и др. служат для определения физических адресов ОП – операндов и команд. Регистр IP (Instruction Pointer) является указателем адреса команды, которая будет выбираться в конвейер команд в качестве очередной команды (в отечественной литературе такое устройство называется «счетчик команд»). Конвейер команд МП хранит несколько команд, что позволяет при выполнении линейных программ совместить подготовку очередной команды с выполнением текущей.

К управляющим регистрам МП относится и регистр флагов, каждый разряд которого имеет строго определенное назначение. Обычно разряды регистра флагов устанавливаются аппаратно при выполнении очередной операции в зависимости от получаемого в АЛУ результата. При этом фиксируются такие свойства получаемого результата, как нулевой результат, отрицательное число, переполнение разрядной сетки АЛУ и т.д. Но некоторые разряды имеют чисто служебное назначение (например, хранит разряд, выпавший из АЛУ во время сдвига) или являются резервными, т.е. не используются).

Все флаги младшего байта регистра устанавливаются арифметическими или логическими операциями МП. Все флаги старших байтов, за исключением флага переполнения, устанавливаются программным путем. Для этого в МП имеются команды установки флагов (STC, STD, STI), сброса (CLC, CLD, CLI), инвертирования (CMC).