Информатика Лекция 3 Общие принципы работы ВМ. Устройство ПК Вагин Евгений Сергеевич г.Томск, 2015 г.

Вычислительные машины Вычислительная машина - это техническое устройство выполняющее функции ввода, обработки, хранения и вывода информации. Электронная вычислительная машина = ЭВМ. Общие принципы работы вычислительной машины (Джон фон Нейман, 1946): Любая ЭВМ должна иметь минимальный набор функциональных блоков: АЛУ, УУ, ОЗУ, УВВ. Информация кодируется в двоичном форме. ЭВМ может работать только по заранее разработанной программе. Программа представляет собой последовательность специальных команд. Программа и данные хранятся размещается на устройстве, которое называется памятью.

Общие принципы работы ВМ: Минимальный набор функциональных блоков ЭВМ: АЛУ – Арифметико-логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя арифметические и логические операции. УУ – Устройство управления. Организует процесс выполнения программ. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. Хранит данные, адреса команд и обладает высокой скоростью записи и чтения. УВВ – устройство ввода-вывода. Получает информацию извне, выводя ее получателю.

Общие принципы работы ВМ Компьютер может работать только по заранее разработанной программе. Программа представляет собой последовательность специальных команд, которые выполняются одна за другой, сначала первая, потом вторая, третья, и т. д., пока не выполнится последняя команда. Для выполнения программа размещается на устройстве, которое называется памятью, или основной, системной памятью. Набор команд, которые может выполнить арифметическо-логическое устройство, определяется при разработке и совершенствовании этого устройства. Двоичная система обусловлена техническими причинами - поскольку в этом случае числа можно записывать и обрабатывать при помощи наборов элементов с двумя состояниями, что намного проще реализуется.

Базовая аппаратная конфигурация ПК Аппаратное обеспечение (англ. hardware) электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети. Персональный компьютер - настольная ЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности. Базовая конфигурация ПК: Системный блок; Монитор; Клавиатура; Мышь.

Системный блок Системный блок физически представляет собой шасси, которое наполнено аппаратным обеспечением для создания компьютера. Корпуса ПК выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Отличаются по размерам: big tower; midi tower; mini tower; Блок питания (БП) вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. Мощность блоков питания от 300 до 1000 Вт.

Внутреннее устройство системного блока

Внутреннее устройство системного блока. Системная плата Системная плата - сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера). Непосредственно на плату устанавливаются: Процессор; Оперативная память; Дополнительные устройства в слоты расширения. Характеризуется: Форма-фактор: EATX, ATX, mini-ATX, micro-ATX, pico- ATX; Количество устанавливаемых процессоров; Тип разъемов процессора (сокет); Тип поддерживаемой оперативной памяти; Количество поддерживаемой оперативной памяти; Количество и тип разъемов расширения;

Внутреннее устройство системного блока

1. Корпус (системный блок) 2. Блок питания 3. Процессор + вентилятор охлаждения 4. Вентилятор охлаждения (устанавливаемый на корпус) 5. ОЗУ 6. Видеокарта 7. Звуковая карта 8. Сетевая плата CD/DVD привод 11. Жесткий диск 12. Материнская плата

Внутреннее устройство системного блока Определения Процессор – электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором. Микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набором каких-либо функций. Шина – набор проводников, по которым происходит обмен сигналами и данными между устройствами компьютера. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), Оперативная память – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные данные программы процессора. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – микросхема для длительного хранения данных (энергонезависимая память); Слот – разъем для подключения дополнительных устройств.

Внутреннее устройство системного блока. Системная плата. Процессор Центральный процессор (Сentral Processing Unit, CPU) электронный блок либо интегральная схема, исполняющая машинные инструкции, главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Большинство современных процессоров состоит из: одного или нескольких ядер, осуществляющих выполнение всех инструкций; нескольких уровней КЭШ-памяти (обычно, 2 или три уровня), ускоряющих взаимодействие процессора с ОЗУ; контроллера ОЗУ; контроллера системной шины (DMI, QPI, HT и т.д.); Ядро процессора – это его основная часть, содержащая все функциональные блоки и осуществляющая выполнение всех логических и арифметических операций. Кэш микропроцессора кэш (сверхоперативная память), используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Регистры – сверхбыстрая оперативная память небольшого объема (несколько сотен байт), входящая в состав процессора.

Внутреннее устройство системного блока. Системная плата. Процессор Характеризуется следующими параметрами: типом микроархитектуры; тактовой частотой (ГГц); количеством уровней КЭШ-памяти и их объемом (Мб); типом поддерживаемой оперативной памяти; энергопотреблением (Вт).

Внутреннее устройство системного блока. Системная плата. ОЗУ Оперативная память (Random Access Memory, RAM) - энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные данные программы процессора. Различают динамическую память и статическую память. Оперативная память в компьютере размещается модулями. Характеристики: Тип памяти: DIMM, DDR1-4; Частота памяти (Гц); Время доступа (нс); Объем модуля памяти: 1-16 Гб;

Внутреннее устройство системного блока. Жесткий диск HDD (Hard Disk Drive) - устройство хранения данных, имеющее очень высокую емкость и характеризующееся фиксированным жестким основанием. Основой для жестких дисков обычно является алюминий или керамика. Является основным накопителем данных практически во всех компьютерах. Характеристики: Объем хранимой информации (Тб); Скорость вращения диска ( Об/c); Скорость чтения/записи (Мб/c); Среднее время доступа (мс); Размер: 3.5/2.5; Поддерживаемый интерфейс: IDE, SATA 1-3;

Внутреннее устройство системного блока. Дисковод гибких дисков FDD (Floppy Disk Drive) - портативный сменный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных. Представляет собой помещённый в защитный пластиковый корпус диск, покрытый ферромагнитным слоем. Для считывания дискет используется дисковод. Характеристики: Формат дискет; Объем хранимой информации (Килобайт); Формат Год возникновения Объём в килобайтах двойной плотности ¼ ¼ высокой плотности ½ высокой плотности ½ расширенной плотности

Внутреннее устройство системного блока Оптический привод CD-ROM (DVD-ROM) - устройство, имеющее механическую составляющую, управляемую электронной схемой и предназначенное для считывания и (в большинстве современных моделей) записи информации с оптических носителей информации в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.); процесс считывания/записи информации с диска осуществляется при помощи лазера. Характеристики Формат дисков; Объем хранимой информации; Формат Год возникновения Объём CD – 879 Мб DVD – 17 Гб BD Гб HD-DVD – 30 Гб

Внутреннее устройство системного блока Видеокарта Видеоадаптер - электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему ПК. Все операции, связанные с управлением экраном, выделены в отдельный блок – видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Характеристики: Графический процессор; Объем видеопамяти; Ширина шины памяти; Поддерживаемые стандарты графики (DirectX, OpenGL);

Внутреннее устройство системного блока Звуковая карта Звуковая карта - дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека. Характеристики: Поддерживаемые стандарты кодеков (AC97, HD Audio); Поддерживаемые стандарт количества каналов (2.0/5.1/7.1);

Периферийные устройства Периферийные устройства ПК подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций и функций. По назначению периферийные устройства можно подразделить на: устройства ввода данных; устройства вывода данных; устройства хранения данных; устройства обмена данными.

Периферийные устройства Устройства ввода данных Клавиатура - клавишное устройство для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Компьютерная мышь механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. Трекбол - указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера. Тачпады – сенсорные пластины, реагирующие на движение пальца пользователя по поверхности. Удар по поверхности – аналог щелчка. Джойстики – манипуляторы рычажно-нажимного типа, применяются в компьютерных играх. Сенсорный экран устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

Периферийные устройства Устройства ввода данных Планшетные сканеры вводят информацию с прозрачного или непрозрачного листового материала. Луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется приборами с зарядовой связью (ПЗС). Штрих-сканеры используются для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Графические планшеты (дигитайзеры) - устройство для ввода графической информации (рисунков) от руки непосредственно в компьютер. Цифровые фотокамеры – устройство записи оптического изображения вместо светочувствительного материала используется полупроводниковая фотоматрица и цифровое запоминающее устройство.

Периферийные устройства Устройства вывода данных Монитор – устройство, предназначенное для визуального отображения информации. По виду выводимой информации: алфавитно-цифровые - дисплеи, отображающие только символьную информацию; графические, для вывода текстовой и графической (в том числе видео) информации; По типу экрана: ЭЛТ (CRT) монитор на основе электронно-лучевой трубки; ЖК (LCD) жидкокристаллические мониторы; LED-монитор; Характеристики: Размер видимой области (15-30); Максимальное разрешение (1920x1200); Частота обновления экрана ( Гц); Глубина цвета, Время отклика (мс), Размер пикселя, Угол обзора;

Периферийные устройства Устройства вывода данных Принтеры - периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы. Матричные принтеры. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней (иголок) через красящую ленту. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество и быстродействие. Изображение формируется путем закрепления красящего порошка (тонера) на участках светочувствительного барабана, имеющих статический заряд. Струйные принтеры. Изображение формируется из пятен, образующихся при попадающих капель красителя на бумагу.

Периферийные устройства Устройства вывода данных Графопостроитель (плоттер) устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.A0

Периферийные устройства Устройства хранения данных Накопители на съемных магнитных дисках - семейство накопителей на гибких магнитных дисках, аналоги дискет, имеющие большую ёмкость. Ленточные накопители (Стримеры) - запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону. Магнитооптические накопители - носители информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Для чтения информации используется оптическая система, для записи одновременно оптическая и магнитная.

Периферийные устройства Устройства хранения данных Накопители на flash-памяти - современные устройства на основе энергонезависимой флэш-памяти. Устройство имеет минимальные размеры и допускает «горячее» подключение в разъем USB, после чего распознается как жесткий диск. Объем может составлять от 32 Мбайт до 64 Гбайт. Портативные жесткие диски – Жесткие диски в портативном корпусе. Объем до 4 Тб.

Периферийные устройства Устройства обмена данными Модем – устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации. Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала при передаче данных, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс при приёме данных из канала связи. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Делаться на: радиомодемы, кабельные модемы и пр. Характеристики: Тип связи (3G, LTE, Коаксиальный кабель); Скорость передачи данных (бит/c); Поддерживаемые проколы и стандарты;

Периферийные устройства Устройства обмена данными Сетевая плата (в англоязычной среде NIC англ. network interface controller/card) периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой платы, довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства, в том числе унификации драйвера и удешевления всего компьютера в целом.