Состав и назначение основных элементов аппаратного обеспечения компьютера, их функции и характеристики

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и её необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными со времен разработки структуры, предложенной Джоном фон Нейманом. Некоторые отличия структуры фон Неймана от приведенной на рисунке схемы структуры компьютера связаны с внедрением в вычислительную технику магистрально-модульный принципапостроения компьютера.

Аппаратное обеспечениелюбой ЭВМ, начиная с самых первых поколений, состоит из следующих основных устройств: процессора, памяти (внутренней и внешней) и устройств ввода и вывода информации.

Центральный процессор является 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). Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовывать считывание очередной команды, её анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство.

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 в компьютере служит другое устройство – память.

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.

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий. Наиболее существенная часть внутренней памяти называется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), главное назначение которого состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач и очень быстро осуществлять их передачу. Так как ОЗУ– энергозависимое, то при выключении питания устройства содержимое ОЗУ полностью теряется.

Микросхема памяти состоит из динамических и статических устройств. Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. На практике выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память обязательно есть в современном компьютере: она называется кэш-памятью. Процессор использует кэш исключительно самостоятельно, помещая туда данные извлеченные из ОЗУ. Если эти данные будут нужны второй раз, то уже не надо тратить время на повторное обращение. Объем кэш-памяти значительно меньше ОЗУ.

В состав внутренней памяти входит также постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором, в частности, хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. ПЗУ – энергонезависимое, и поэтому информация в нем не зависит от наличия электрического питания.

Внешняя память реализуется в виде разнообразных устройств хранения информации и оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда относятся накопители на гибких (дискетах) и жестких магнитных дисках (винчестер), 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. Внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования.

Для получения информации о результатах существует устройство вывода – дисплей, которое позволяет представить их в доступной человеческому восприятию форме. Для того чтобы копию результатов на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер. Для ввода в компьютер новой информации необходимы устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности манипулятора мышь. Очень эффективным современным устройством для автоматического ввода информации в компьютер является сканер, позволяющий не просто преобразовать картинку с листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в обычном текстовом редакторе.