Структурная схема персонального компьютера


В настоящее время основная работа по информационному обслуживанию управления ведется на персональных ЭВМ, называемых также персональными компьютерами (ПК), программно и аппаратно совместимыми с ПК фирмы «IBM». Такие ПК обычно называют IBM PC совместимыми. При работе с такими ПК используется английская терминология, поэтому представляется целесообразным дать ее перевод на русский язык. IBM (International Business Machines Corporation) — международная корпорация машин для бизнеса; PC (Personel Computer) — персональный компьютер (ПК).
Первые модели IBM PC появились в августе 1981 г. Сейчас эти
ПК наиболее распространены во всем мире. В правоохранительных органах IBM PC-совместимыми компьютерами оснащаются все структуры: от центральных аппаратов до отделов на местах. На их базе создаются автоматизированные рабочие места сотрудников.
IBM PC, как и все ЭВМ, включает в себя два основных компонента: оборудование, или аппаратную часть, называемую hardware, и программы, или программное обеспечение, называемое software; к последнему относятся операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков (BASIC, PASCAL, СИ и т.д.), различные прикладные программные системы. Основной операционной системой, используемой в IBM PC-совместимых ПК, до середины 90-х гг. являлась MS DOS (MicroSoft Disk Operating System) — дисковая операционная система фирмы «Майкрософт».
В последнее время более широкое распространение на PC-совместимых компьютерах получили операционные системы семейства Windows с графическим интерфейсом работы пользователя.
Операционная система обеспечивает решение двух главных задач: предоставление пользователям возможности общего управления компьютером; поддержка работы всех программ, обеспечение их взаимодействия с аппаратурой.
К hardware относятся следующие устройства: CPU (Central Proceccing Unit) — центральное процессорное устройство (ЦПУ), выполненное на основе микропроцессора фирмы Intel Corporation, называемое также Central processor — Центральный процессор (ЦП); ALU (Arithmetic Logical Unit) — арифметико-логическое устройство (АЛУ); CU (Control Unit) — устройство управления (УУ); Controller — контроллер (УУ подсистемами ПК); ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); устройства ввода-вывода:
monitor — монитор (дисплей, экран); printer — принтер (печатающее устройство); keyboard — клавиатура. MSD (Mass Storage Device) — устройство массового хранения (память на накопителях, внешнее запоминающее устройство); disk drive — дисковод (устройство для считывания и записи информации на магнитные диски); hard disk drive, winchester disk — накопитель на жестком магнитном диске (НМД), винчестерский диск (винчестер); floppy disk drive — накопитель на гибком магнитном диске (НГМД), на дискете, флоппи-диске.
Большинство из перечисленных компонентов IBM PC объединены в системный блок (system unit).
Основным блоком IBM PC является центральное процессорное устройство (CPU), состоящее из арифметико-логического устройства (ALU) и устройства управления (CU): ALU осуществляет с данными операции сложения, вычитания, умножения, деления, сравнения и т.д.; CU устанавливает очередность выполнения операций, управляет потоками данных внутри и между блоками IBM PC.
Память ПК состоит из ОЗУ (RAM) и ПЗУ (ROM), а также памяти на накопителях (MSD) (рис. 1.8):
gt; ROM реализован на микросхемах, информация с которых может только считываться, не изменяясь при этом. ROM ПК содержит BIOS (basic input/output system) — базовую систему ввода/вывода, являющуюся первым основным компонентом операционной системы MS DOS.

Рис. 1.8. Структурная схема ПК


BIOS выполняет следующие функции: устанавливает, какие устройства подключены к ПК, т.е. выясняет конфигурацию системы; организует взаимосвязь между устройствами; определяет местоположение загрузочной части операционной системы и передает ей управление.
gt; RAM состоит из микросхем, которые временно хранят информацию. При отключении питания компьютера информация из RAM пропадает.
В MS DOS RAM делится на категории: базовую память — объемом 640 Кбайт, доступную всем программам, работающим под управлением MS DOS; наращенную память — за пределами 1 Мбайт, для использования которой нужны особые программные средства в MS DOS или другие ОС (например, OS/2); расширенную память — выход в нее осуществляется из верхней области памяти (от 640 Кбайт до 1 Мбайт).
Сигналы и данные между блоками ПК объединяются в потоки и передаются по шинам. В IBM PC — совместимых ПК имеются три стандартные шины: шина данных, по которой передаются собственно данные («что передавать»); шина адреса, по которой передаются адреса данных («куда и откуда передавать»); шина управления, по которой передаются команды управления данными («как передавать»).
Таблица 1.1. Логическая структура основной памяти

Основная память (Base Memory)

Расширенная память (EMA)

Всего
памяти

Стандартная
память

Верхняя память (UMB)

Высокая память (HMA)

640 Кбайт

384 Кбайт

64 Кбайт

1024 Кбайт

Большинство устройств ввода-вывода IBM PC содержат устройства сопряжения сигналов и данных между блоками и собственные CU, называемые адаптерами и контроллерами, а также собственную память для хранения данных при обмене (такую память имеют, например, монитор и принтер).
Дисководы НГМД считывают и записывают информацию на дискеты. До последнего времени использовались дискеты двух типов: диаметрами 5,25 и 3,5 дюйма (1 дюйм = 2,54 см). На дискетах обычно указывается следующая маркировка: DS,2S (Double Side) — двусторонние; DD,2D (Double Density) — двойной плотности; HD (High Density) — высокой плотности.
Перед записью информации на дискету она должна быть отформатирована. Максимальный объем информации на дискетах двух указанных выше типов при различном форматировании приведен в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Возможность использования дисководов при работе с дискетами различных типов

^Дисководы Дискеты

5,25"
DD

5,25"
HD

3,5"
DD

3,5"
HD

5,25" DD

360

360



5,25" HD

360

1200



3,5" DD



720

720

3,5" HD



720

1440

gt; Устройства памяти на дисковых накопителях — основные устройства ПК для долговременного хранения больших объемов данных и программ. К ним относятся накопители на жестких маг

нитных дисках (НЖМД), накопители на основе компакт-дисков (CD-ROM), накопители на магнитооптических дисках (НМОД).
Основными параметрами устройств памяти на накопителях являются емкость и производительность. Емкость определяется физическими принципами чтения/записи данных на носители и зависит от технологии их изготовления. Производительность дисковых накопителей напрямую зависит от таких параметров, как среднее время доступа к данным (определяется временем поиска сектора данных на диске и скоростью вращения диска) и скорость передачи данных (определяется в первую очередь характеристиками интерфейса контроллера накопителя).
Характеристики основных дисковых накопителей приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3. Характеристики дисковых накопителей

Тип
накопителя

Емкость,
Мбайт

Время
доступа, мс

Скорость
передачи*, Кбайт/с

Вид
доступа**

НГМД

1,2; 1,44

65-100

150

Ч/З

НЖМД

250-8000

8-20

500-5000

Ч/З

CD-ROM

250-1500

15-300

150-1500

Ч

НМОД

100-1300

15-150

300-2000

Ч/З

Бернулли

20-230

20

500-2000

Ч/З

CD-WORM

120-1000

15-150

150-1500

Ч/З***

DVD

4000-16000



Ч




Важнейший принцип построения IBM PC-совместимых ПК — открытая архитектура — означает модульный принцип построения и возможность замены блоков на новые по мере развития. В IBM PC имеются специальные разъемы расширения для подключения дополнительных устройств, таких как дополнительная память, сопроцессор, джойстик (координатная ручка), мышь (устройство ввода координат), плоттер (графопостроитель), сканер (устройство ввода изображений), стример (запоминающее устройство на магнитной ленте), модем (устройство для подключения к телефонной линии связи и обмена информацией с другими компьютерами).
При разработке hardware и software для IBM PC-совместимых ПК соблюдается принцип совместимости «сверху-вниз», т.е. улучшенные версии подсистем должны содержать все возможности старых

версий. Например, программы, разработанные на старых версиях IBM PC, должны работать на новых моделях.
Принципы, заложенные в основу построения IBM PC, привели к созданию семейства IBM-совместимых ПК, которое называется «клоном» IBM. Первая модель этого семейства появилась в 1982 г. и называлась IBM PCjr. Родословное дерево PC представлено на рис. 1.9.

Центральная линия обозначает главную ветвь семейства, на которой модели располагаются в соответствии с их мощностями — от наименее мощной PCjr до наиболее мощной AT/486; ветви — это модели со сходными характеристиками: IBM PC/XT (IBM PC/eXTended version) — IBM PC/расширенная версия — на основе микропроцессора Intel 8088; IBM PC/AT (IBM PC/Advanced Technology) — IBM PC/усовершенствованная технология — на основе микропроцессора Intel 80 286;
IBM PC/AT/386 и IBM PC/AT/486 — на микропроцессорах Intel 80 386 и Intel 80 486, соответственно. Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV — на микропроцессорах Intel Pentium, Intel Pentium II, Intel Pentium III, Intel Pentium IV, соответственно.
Возможности ПК, расположенных на главной ветви семейства, определяются главным образом именно типом используемого микропроцессора.
Intel 8088 разработан в 1979 г., имел 8-разрядную шину данных и 20-разрядную адресную шину, т.е. адресуемый RAM до 1 Мбайт. Intel 80 286, 1982 г. создания, имел 16-разрядную шину данных и 24-разрядную адресную шину, т.е. адресовался к RAM до 16 Мбайт. Intel 80 386 и 80 486 имели 32-битные шины данных и адреса, т.е. доступный RAM до 4 Гбайт.
Микропроцессор (МП) конструктивно представляет собой кристалл кремния, в котором в результате технологического процесса создана электронная схема. Количество электронных компонентов (транзисторов) в этой схеме: от десятков тысяч до нескольких миллионов. Кристалл помещен в пластиковый корпус, а выводы выходят наружу, как у типичной микросхемы широкого применения.
Стоимость компьютера в значительной степени определяется стоимостью МП, однако себестоимость производства одного экземпляра очень мала.
Основная доля затрат приходится на разработку технологии производства.
Основные характеристики микропроцессора: максимальная тактовая частота; разрядность; тип архитектуры. Тактовая частота. Вычислительный процесс представляет собой последовательность элементарных действий, выполнение которых синхронизируется тактовым генератором. Превышение тактовой частоты выше некоторого предела может привести к срыву вычислений или перегреву МП. Таким образом, максимальная тактовая частота определяет быстродействие процессора (но она не равна быстродействию МП и тем более быстродействию компьютера). Разрядность процессора. Этим термином обозначается максимальное количество разрядов двоичного кода, которое может вырабатываться и передаваться одновременно.
Разрядность определяется тремя параметрами: m/n/k. m — разрядность внутренних регистров, т.е. количество разрядов, с помощью которых обмениваются информацией внутренние устройства МП; n — разрядность шины данных, которая представляет собой часть системной шины, показывает количество разрядов, через которые МП обменивается данными с различными устройствами;
• к — разрядность шины адреса, определяет объем доступной для МП части ОП.
Основные типы и характеристики микропроцессоров фирмы «Intel», являющейся лидером по производству микропроцессоров для IBM PC-совместимых ПК, приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Типы и характеристики МП (Intel)

Тип
МП

Марка
ПК

m

n

k

Максимальная тактовая частота, МГц

Максимальный объем ОЗУ, Мбайт

Год
созда
ния

8086

PC

i6

16

20

4,77

1

1976

8088

PC XT

i6

8

20

i0

1

1977

80 286

AT-286

16

i6

24

10-33

16

1982

80 386

AT-386

32

32

32

33

4000

1985

80 486

AT-486

32

32

32

33-100

4000

1989

Pentium

Pentium

64

64

32

66-150

4000

1993

Pentium II

Pentium

64

64

32

200-400

4000

1998

Pentium III

Pentium III

64

64

32

500-1000

4000

2000

Pentium IV

Pentium IV

64

64

32

1,5-2000

4000

2001

gt; Тип архитектуры МП. Микропроцессор представляет собой довольно сложное электронное устройство, в котором отдельные части связаны информационными каналами. Часть этих каналов фиксирована при создании МП, другая часть может изменяться при программировании — в целом это образует архитектуру МП.
Более широкое представление об архитектуре МП — организация МП с точки зрения пользователя. Она включает в себя пользовательские возможности программирования, а именно: состав регистров, систему команд, способы адресации, организацию памяти, средства ввода-вывода и типы обрабатываемых данных.
К наиболее важным аспектам архитектуры относятся: система команд и способы адресации; возможность выполнения тех или иных команд во времени; наличие дополнительных узлов и устройств в составе МП (например, интегрированной кэш-памяти, устройства для работы с числами с плавающей точкой — сопроцессора математики); режим работы.
Другие критерии классификации МП. По системе команд. CISC (complex information system command, сложная система команд), RISC (reduced information system command, сокращенная система команд). При использовании первых число встроенных в МП команд очень велико, например для 8086 и 8088 оно составляет 134, а для МП Pentium — 240. Число встроенных в CISC МП команд увеличивается за счет добавления команд обработки графики и звука. Сложные команды выполняются за несколько тактов, вырабатываемых тактовым генератором, так же как и набор простых команд. При использовании RISK МП количество встроенных команд невелико, каждая команда выполняется за один или два такта. Сложные команды программируются на машинном языке. В целом быстродействие МП, при прочих одинаковых характеристиках, увеличивается. По универсальности. Универсальные МП выполняют все действия, в то время как специализированные предназначены для выполнения только определенного класса задач, при этом их быстродействие намного превышает быстродействие универсальных МП. Очень часто используют математические процессоры, которые могут дополнять соответствующие универсальные и поэтому называются сопроцессорами: 8088 — 8087; 80 286 — 80 287.
В МП фирмы «Intel», начиная с 80 486, математические сопроцессоры встраиваются в один блок с центральным процессором.
Очень важную роль в составе ПК играет видеоподсистема, состоящая из монитора и видеокарты. В настоящее время большинство функций построения изображения в ПК выполняет отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Аппаратно чаще всего он бывает выполнен в виде отдельной платы, вставляемой в разъем расширения материнской платы.
Основными параметрами видеоподсистемы являются: разрешающая способность — количество точек на экране монитора; цветовое разрешение — количество цветов, которое может иметь отдельная точка; частота развертки — скорость обновления изображения экрана.
Графические адаптеры (видеоадаптеры), которые используются в
ПК, бывают следующих типов: MDA — монохромный адаптер, работает в текстовом режиме, 25 строк по 80 символов в строке, с разрешением 720 х 350 точек, с двумя градациями яркости (черный — белый); EGA (Enhanced Graphics Adapter) — улучшенный графический адаптер, работающий в режимах: 1) текстовом (25 или 43 строки на экране по 80 символов в строке, 16 цветов), 2) графическом (640 точек по горизонтали, 350 по вертикали, 16 цветов и 64 оттенка каждого цвета); VGA (Video Graphics Array) — видеографическая матрица, графический режим 640 х 480 точек, 16 цветов, 4096 оттенков или 320 х 200 точек, 256 цветов; SVGA (Super VGA) — до 1280 х 1024 точек при 16 Мбайт цветов и выше.
Таблица 1.5. Характеристики видеоадаптеров

Характеристика

MDA

CGA

EGA

VGA

SVGA

Разрешающая способность — количество пикселей (по горизонтали х х по вертикали)

720x350

640x200
320x200

640x350
720x350

720x350
640x480

800x600
1024x768

Количество


2

16

16

16

цветов


16

256

256

Число символов

80x25

80x25

80x25

80x25

80x25

(строках столбец*)

80x50

80x50

Видеопамять,
Кбайт

64

128

128/512

256/512

512/1024

Емкость
* *
видеопамяти

1

4

ОО
1

8

8

Матрица символа (пикселей по гори-

14x9

8x8

8x8

8x8

8x8

зонтали х по вертикали)


14x8

14x8

14x8


Частота развертки, Гц

50

60

60

60

75

Текстовый режим.
**
Число страниц в текстовом режиме.

Следует заметить, что развитию графической подсистемы персональных компьютеров уделяется большое внимание. Это связано с постоянно возрастающими требованиями к разрешающей способности и цветовому разрешению видеоподсистемы ПК. Так, например, для работы с текстовыми документами формата A4 необходимо экранное разрешение не менее 1024 х 768 при размере экрана монитора 17 дюймов. При работе с компьютерной графикой и компьютерной версткой соответствующие параметры должны быть больше: 1280 х 1024 и 19 дюймов. Нормальным цветовым разрешением в настоящий момент считается 65 тысяч цветов (режим High Color), а наиболее эргономичным — 16,7 млн цветов (режим True Color).
Для работы с такими параметрами требуются значительные объемы видеопамяти. Так, для работы в режиме True Color с разрешением 1280 х 1024 на экране 19 дюймов требуется 8 Мбайт видеопамяти.
Требования, предъявляемые к видеоподсистеме ПК, становятся еще более критичными при работе со ставшими в настоящее время стандартными мультимедийными приложениями и программами обработки трехмерной графики. В этом случае требуется введение в состав видеоадаптера специальных микросхем видеоускорителя, основная задача которых — освободить центральный процессор компьютера от работы по построению трехмерных изображений, которая связана с большим количеством вычислений с числами с плавающей запятой.
Контрольные вопросы и задания Объясните основные свойства информации: а) количество информации зависит от того, кто ее получает; б) количество информации постоянно увеличивается. Что такое информационный взрыв, насколько велики его возможные угрозы и как его предотвратить? Что такое информационное общество? Что понимается под информационной преступностью и компьютерными преступлениями? Назовите основные виды представления информации. Дайте математическое понятие информации. Назовите основные направления информатики. Назовите перспективы и тенденции развития ЭВМ. Назовите основные виды и характеристики устройств памяти. Назовите составные части и характеристики процессора. Назовите этапы подготовки и решения задач на ЭВМ. Дайте понятие алгоритма, приведите примеры алгоритмов. Назовите основные свойства алгоритма. Назовите способы описания алгоритмов, приведите примеры. Что такое блок-схема программы? Назовите основные виды алгоритмических структур. Составьте словесные, формально-словесные и графические алгоритмы (блок-схемы) для заданий 1—3 из параграфа 1.2. Назовите признаки классификации ЭВМ. Что относится к аппаратным средствам ЭВМ? Назовите отличительные особенности ПК типа IBM PC. Каково назначение системной шины и разъемов расширения ПК. Дайте классификацию ПК IBM PC по типу используемого микропроцессора. Как связаны быстродействие микропроцессора и быстродействие ПК? Как влияют характеристики МП и памяти на производительность ПК? Объясните назначение адаптеров и контроллеров.


<< | >>
Источник: под ред. С.Я. Казанцева, Н.М. Дубининой. Информатика и математика для юристов: учебник для студентов вузов, обучающихся по юридическим специальностям. 2010

Еще по теме Структурная схема персонального компьютера:

  1. Транспортно-технологическая (структурная) схема переработки грузов на складе
  2. Структурная схема Закона «Об авторском праве и смежных правах»
  3. Персональные пути в социологию
  4. 1. Теоретико-методологические основы мертоновской парадигмы структурного функционализма Критика классического структурного функционализма
  5. Убеждения как «персональные контракты».
  6. Православная идентичность как персональный портрет Л.П. Ипатова
  7. Компьютер в системе средств обучения
  8. 12. ДИДАКТИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЬЮТЕРОВ
  9. № 176 Запись беседы К.Д. Левычкина с руководителем Дирекции вероисповеданий МИД Болгарии Д. Илиевым о персональном составе болгарской делегации на совещании глав православных церквей[138]
  10. Применение компьютеров в социологии
  11. Безопасность при работе с компьютером
  12. Проблемы взаимодействия между человеком и компьютером
  13. Глава 2 Компьютеры. Вчера, сегодня, завтра
  14. КОМПЬЮТЕР — ТАКТИК, ЭВМ — СТРАТЕГ...
  15. Предел для компьютера
  16. 2. Какие программы установить на компьютер в кабинете физики?
  17. ЗАЩИЩЕННОСТЬ, КОМПЬЮТЕР И ИНТЕРНЕТ
  18. Психолингвистические аспекты работы с компьютером
  19. 1. Место компьютера в учебном процессе