Opis uređaja i principa rada računara. Računarski uređaj. Od čega se sastoji računar? Nepostojana CMOS memorija

Kompjuter je tehnička sredstva transformacija informacija, čija su osnova isti principi obrade električnih signala kao u bilo kojem elektroničkom uređaju:

ulazne informacije predstavljene raznim fizičkim procesima, kako električne tako i neelektrične prirode (slova, brojevi, zvučni signali itd.), pretvara se u električni signal;
signali se obrađuju u procesorskoj jedinici;
Koristeći pretvarač izlaznog signala, obrađeni signali se pretvaraju u neelektrične signale (slike na ekranu).

Svrha kompjutera je da obradi različite vrste informacija i da ih prikaže u obliku pogodnom za ljude.

Sa funkcionalne tačke gledišta, računar je sistem koji se sastoji od 4 glavna uređaja koji obavljaju određene funkcije: memorijski uređaj ili memorija, koja se deli na operativnu i trajnu, aritmetičko-logička jedinica (ALU), upravljački uređaj (CU ) i ulazni uređaj.izlaz (UVV). Razmotrimo njihovu ulogu i svrhu.

Uređaj za skladištenje (memorija) je namenjen za skladištenje informacija i programskih komandi u računaru. Informacije koje se pohranjuju u memoriji su brojevi, simboli, riječi, naredbe, adrese itd. kodirani pomoću 0 i 1.

Upisivanjem broja u memoriju mislimo na stavljanje ovog broja u ćeliju na određenoj adresi i pohranjivanje tamo dok ga ne preuzme programska naredba. Prethodne informacije koje su bile u ovoj ćeliji su prepisane. Prilikom programiranja, na primjer, u Pascal-u ili C-u, adresa ćelije je povezana s imenom varijable, koje je predstavljeno kombinacijom slova i brojeva koje odabere programer.

Čitanje broja iz memorije znači uzorkovanje broja iz ćelije sa određenom adresom. U tom slučaju, kopija broja se prenosi iz memorije na traženi uređaj, a sam broj ostaje u ćeliji.

Prosljeđivanje informacija znači da se informacija čita iz jedne ćelije i upisuje u drugu.

Adresa ćelije se generiše u kontrolnom uređaju (CU), zatim ulazi u uređaj za uzorkovanje adrese, koji se otvara informativni kanal i povezuje željenu ćeliju.

Brojevi, simboli, komande se pohranjuju u memoriju na jednakoj osnovi i imaju isti format. Tip podataka nije bitan ni za memoriju ni za sam računar. Tipovi se razlikuju samo kada podatke obrađuje program. Dužina ili dubina bita ćelije određena je brojem binarnih cifara (bitova). Svaki bit može sadržavati 1 ili 0. In savremenih kompjutera Dužina ćelije je višestruka od 8 bita i mjeri se u bajtovima. Minimalna dužina ćelije za koju se može generirati adresa je 1 bajt, koji se sastoji od 8 bitova.

Za karakterizaciju memorije koriste se sljedeći parametri:

kapacitet memorije – maksimalna količina pohranjenih informacija u bajtovima;
Brzina memorije je vrijeme pristupa memoriji, određeno vremenom koje je potrebno za čitanje ili pisanje informacija.

Aritmetičko-logička jedinica (ALU). Izvodi aritmetičke i logičke operacije.

Treba napomenuti da se bilo koja aritmetička operacija može implementirati pomoću operacije sabiranja.

Složen logički problem se razlaže na više jednostavni zadaci, gdje je dovoljno analizirati samo dva nivoa: DA i NE.

Upravljački uređaj (CU) kontroliše čitav tok računskog i logičkog procesa u računaru, tj. obavlja funkcije “kontrolora saobraćaja” informacija. Upravljačka jedinica čita komandu, dešifruje je i povezuje potrebna kola da bi je izvršila. Sljedeća komanda se čita automatski.

U stvari, kontrolna jedinica obavlja sljedeći ciklus radnji:

generisanje adrese sledeće komande;
čitanje naredbe iz memorije i njeno dekodiranje;
izvršenje naredbe.

U modernim računarima funkcije upravljačke jedinice i ALU-a obavlja jedan uređaj koji se naziva centralni procesor.

OPŠTI PRINCIPI ORGANIZACIJE I RADA RAČUNARA

Šta je kompjuter

Kompjuter je programabilan elektronski uređaj, sposoban za obradu podataka i izvođenje proračuna, kao i za obavljanje drugih zadataka manipulacije simbolima.

Postoje dvije glavne klase računara:

digitalni kompjuteri, obrada podataka u obliku numeričkih binarnih kodova;

analogni kompjuteri, obrada fizičkih veličina koje se kontinuirano mijenjaju (električni napon, vrijeme itd.), koje su analogne izračunatim veličinama.

Danas je velika većina računara digitalna.

Princip rada računara je da izvršavaju programe (Softver) – unapred određeno, jasno određene sekvence aritmetičke, logičke i druge operacije.

Bilo koji kompjuterski program je niz pojedinačnih naredbi.

Tim je opis operacije koju računar mora izvršiti. Po pravilu, komanda ima svoj kod ( simbol), izvorni podaci (operandi) i rezultat.

Rezultat komande se generiše prema pravilima precizno definisanim za ovu naredbu, ugrađenim u dizajn računara.

Poziva se skup naredbi koje izvršava dati računar komandni sistem ovaj računar.

Računari rade vrlo velikim brzinama, u rasponu od miliona do stotina miliona operacija u sekundi.

U svakom računaru se može razlikovati sljedeće: glavni uređaji:

memorija(memorija - memorija), koja se sastoji od prenumeriranih ćelija;

CPU, uključujući kontrolni uređaj(UU)i aritmetičko-logička jedinica(ALU);

ulazni uređaj;

izlazni uređaj.

Ovi uređaji su povezani komunikacionih kanala preko kojih se prenose informacije. Glavni uređaji računara i veze između njih prikazani su na dijagramu (slika 1). Tanke strelice pokazuju puteve i pravce protoka informacija, a debele puteve i pravce prenosa kontrolnih signala.

Memorijske funkcije:

– primanje informacija od drugih uređaja;

– pamćenje informacija;

– pružanje informacija na zahtjev drugim uređajima mašine.

Rice. 1. Opšti dijagram računara

Funkcije procesora:

– obrada podataka prema zadatom programu izvođenjem aritmetike i logičke operacije;

– softversko upravljanje radom računarskih uređaja.

Poziva se dio procesora koji izvršava instrukcije aritmetičko logički uređaj(ALU), a njegov drugi dio, koji obavlja funkcije upravljanja uređajem, je kontrolni uređaj(UU).

Obično se ova dva uređaja razlikuju čisto uslovno, nisu strukturno odvojeni.

Procesor sadrži brojne specijalizirane dodatne memorijske ćelije tzv registri. Registar obavlja funkciju kratkotrajnog pohranjivanja broja ili komande. Elektronska kola mogu vršiti manipulacije sa sadržajem nekih registara, na primjer, "rezati" određene dijelove instrukcije za kasniju upotrebu ili izvršavati određene aritmetičke operacije nad brojevima. Glavni element registra je elektronsko kolo tzv okidač, koji može pohraniti jednu binarnu cifru (bit). Registrirajte se je skup okidača povezanih jedni s drugima na određeni način zajednički sistem menadžment.

Postoji nekoliko tipova registara, koji se razlikuju po vrsti izvršenih operacija. Neki registri imaju svoja imena, na primjer:

– guja– ALU registar koji vrši sumiranje binarnih brojeva;

– programski brojač– registar CU čiji sadržaj odgovara adresi naredne izvršene komande; služi za automatski odabir programa iz uzastopnih memorijskih ćelija;

– komandni registar– registar CU za pohranjivanje koda komande za vrijeme potrebno za njeno izvršenje. Neki od njegovih bitova se koriste za pohranjivanje šifra operacije, ostalo je za skladištenje adresni kodovi operanda.

Principi rada računara

Konstrukcija velike većine računara zasniva se na sledećim opštim principima, koje je 1945. godine formulisao američki naučnik John von Neumann.

1. Princip programska kontrola . Program se sastoji od skupa naredbi koje procesor automatski izvršava u određenom nizu.

Preuzimanje programa iz memorije vrši se pomoću programski brojač.Ovaj registar procesora sekvencijalno povećava adresu sljedeće instrukcije pohranjene u njemu za dužinu instrukcije. A budući da se programske komande nalaze u memoriji jedna za drugom, lanac komandi se na taj način organizira iz sekvencijalno lociranih memorijskih ćelija. Ako nakon izvršenja naredbe morate preći ne na sljedeću, već na neku drugu, koristite naredbe uslovno ili bezuslovna tranzicija, koji u programski brojač unose broj memorijske ćelije koja sadrži sljedeću naredbu. Dohvaćanje komandi iz memorije se zaustavlja nakon dostizanja i izvršavanja naredbe stop.

dakle, procesor izvršava program automatski, bez ljudske intervencije.

2.Princip homogenosti memorije. Programi i podaci pohranjeni su u istoj memoriji, tako da računar ne razlikuje šta je pohranjeno u datoj memorijskoj ćeliji - broj, tekst ili naredbu. Možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.

Ovo otvara čitav niz mogućnosti. Na primjer, program se takođe može revidirati tokom njegovog izvršavanja, koji vam omogućava da postavite pravila za dobijanje nekih njegovih delova u samom programu (ovako je u programu organizovano izvršavanje ciklusa i potprograma).

Štaviše, komande iz jednog programa mogu se dobiti kao rezultati izvršavanja drugog programa. Na osnovu ovog principa metode prevođenja– prevod programskog teksta iz programskog jezika visokog nivoa u jezik određene mašine.

3. Princip ciljanja. Strukturno, glavna memorija se sastoji od prenumeriranih ćelija. Svaka ćelija je dostupna procesoru u bilo koje vrijeme.

To podrazumijeva mogućnost imenovanja memorijskih područja tako da se vrijednostima pohranjenim u njima kasnije može pristupiti ili promijeniti tijekom izvršavanja programa korištenjem dodijeljenih imena.

Računari izgrađeni na gore navedenim principima su ovog tipa von Neumann Ali postoje kompjuteri koji se fundamentalno razlikuju od von Neumanovih. Za njih, na primjer, princip programske kontrole se možda neće poštovati, tj. mogu raditi bez programskog brojača koji pokazuje komandu programa koja se trenutno izvršava. Da bi pristupili bilo kojoj promenljivoj pohranjenoj u memoriji, ovi računari ne moraju da joj daju ime. Takvi računari se zovu ne von Neumann.

Naredba i njeno izvršenje

Komanda je opis elementarne operacije koju računar mora izvršiti.

Općenito, naredba sadrži sljedeće informacije:

– kod operacija koja se izvodi;

– smjernice za definiciju operandi(ili njihove adrese);

– uputstvo za postavljanje primljenog rezultat.

U zavisnosti od broja operanda, komande su:

– unicast;

– dvoadresni;

– troadresno;

– varijabla-adresa.

Naredbe se pohranjuju u memorijske ćelije u binarnom kodu.

U savremenim računarima varijabla dužine komande(obično dva do četiri bajta), a načini za specificiranje promenljivih adresa su veoma raznoliki.

Adresni dio naredbe može uključivati:

– sam operand (broj ili simbol);

– adresa operanda (broj bajta od kojeg počinje operand);

– adresa adrese operanda (broj bajta iz kojeg se nalazi adresa operanda) itd.

Pogledajmo nekoliko moguće opcije naredbe za dodavanje(engleski add - dodavanje), u ovom slučaju, umjesto digitalnih kodova i adresa, koristit ćemo simbole.

1. Unicast komandadodati x(sadržaj ćelije X dodajte sa sadržajem sabirača, a rezultat ostavite u zbrajaču):

2. Komanda sa dvije adresedodati x, y(sadržaj ćelije X I at dodajte i stavite rezultat u ćeliju at):

3. Komanda sa tri adresedodati x, y, z(sadržaj ćelije X dodati sa sadržajem ćelije y, stavite iznos u ćeliju z).

Da bismo razumeli principe rada računara, prvo ćemo pobliže pogledati najčešću i jednostavniju strukturu personalnog računara, ili PC-a. Glavna razlika PC od velikih mašina, ili takozvanih mejnfrejmova, jeste da dozvoljava samo jednom korisniku da koristi svoje resurse u isto vreme. Čini se da bi takav računar trebao raditi isključivo u jednoprogramskom režimu, tj. izvršiti jedan trenutni program, ali to nije slučaj. Takav računar može istovremeno izvršavati nekoliko programa - obrada, izlaz rezultata, preuzimanje, traženje informacija na mreži itd. Osim toga, mnoge "osobne" mašine se koriste kao serveri na mreži i prestale su da pružaju svoje resurse (tj. hardver i softver) isključivo jednom korisniku; Resurse takvih servera može koristiti više korisnika istovremeno.

Struktura samog računara se neznatno menjala tokom čitavog postojanja mašina. I dalje se gradi na bazi von Neumannovi modeli, u svakom slučaju, njegova glavna memorija se sastoji od pojedinačnih ćelija sa sekvencijalnim brojevima (ili „adresa“), u koje se mogu pohraniti i kodovi pojedinačnih instrukcija (programa) i podaci. Međutim, tehnološki napredak je doveo do integracije nekoliko čvorova i uređaja u jedan čip.

Računarski ciklus

Pojednostavljena struktura računara prikazana je na slici 1.1. Sastoji se od sljedećih pet glavnih jedinica: aritmetičko-logičke jedinice (ALU), ram memorija(RAM), upravljački uređaj (CU), uređaj za unos podataka u mašinu (UVv) i uređaj za izlaz rezultata proračuna (UVv). [Prvi računari, koji se često nazivaju mašinama prve generacije, imali su ovu strukturu.]

Pored navedenih komponenti, svaki računar ima ručnu kontrolnu tablu dizajniranu da uključi mašinu i prati njen ispravan rad. [Sada je uobičajeno da se zove aritmetičko-logički uređaj s odgovarajućim upravljačkim krugovima procesor, kola za upravljanje i povezivanje perifernih uređaja – kontrolera i adaptera, a informacije se prenose između kompjuterskih blokova preko sabirnica interfejsa.]

Kontrolni uređaj

Ulazni uređaj

Izlazni uređaj

Operativni

nezaboravno

uređaj

Aritmetičko-logički

uređaj

Slika 1.1 Pojednostavljena struktura računara

Aritmetičko-logička jedinica je dizajnirana da izvodi aritmetičke i logičke operacije nad mašinskim riječima, tj. kodovi koji se nalaze u memoriji i ulaze u ALU za obradu. Osim toga, obavlja razne operacije upravljanja računanjem.

Memorija sa slučajnim pristupom, ili memorija sa slučajnim pristupom, pohranjuje kodove za strojne riječi (komande i podatke) u svojim „ćelijama“. Ove ćelije su numerisane, a broj ćelije se poziva adresa. [Memorija računara obično sadrži samo instrukcije i podatke.] Mašina koristi informacije pohranjene u RAM-u za organizaciju procesa računanja. Informacije ulaze u RAM sa ulaznog uređaja ili iz eksternu memoriju(nije prikazano na slici). Eksterna memorija vam omogućava pohranjivanje velikih količina informacija, ali je sporija od RAM-a. Tokom čitavog procesa obrade, informacije ulaze u ALU samo iz RAM-a, a rezultati izvršavanja programa izlaze na izlazni uređaj tek nakon završetka obrade. Na isti način, informacije iz eksterne memorije (ERAM), prije nego što sudjeluju u obradi, moraju se prvo prepisati u RAM.

Kontrolni uređaj (CU) se koristi za automatsku kontrolu procesa računanja; generiše kontrolne signale svim kompjuterskim uređajima, pretvarajući programske komande u kontrolne signale. Kao što je već napomenuto, ako se upravljački čvor kombinira s ALU-om, tada se takav kombinirani uređaj često naziva centralna procesorska jedinica (CPU ili jednostavno procesor). Komunicira s glavnom memorijom (RAM), koja se sastoji od RAM-a i memorije samo za čitanje za pohranjivanje I/O programa, te raznim ulaznim i izlaznim uređajima (ili periferijama) preko magistrale (često se naziva „zajednička sabirnica“ ili CO) , vidi sliku 1.2. Ova zajednička magistrala se sastoji od nekoliko „podsabirnica“: adrese, podataka i upravljanja. Često ćemo ih jednostavno nazvati gumama. Štaviše, u ličnim mašinama, radi uštede prostora na matičnoj ploči (tj. ploči na kojoj se nalaze procesor, memorija i konektori za povezivanje perifernih uređaja), magistrale adresa i podataka se ponekad prave u obliku jedne vremenski razdvojene bus; tada se adresa i podaci prenose samo jedan po jedan.

Slika 1.2 Centralni dio mašine

Pored CPU-a i OP-a, kompjuter sadrži mnoge druge uređaje dizajnirane za komunikaciju sa vanjskim svijetom (ljudi, kontrolni objekti, itd.). Kao što je već navedeno, ovi uređaji se nazivaju perifernim (ili eksternim) i povezani su na OS pomoću kontrolera, adaptera, bus mostova itd.

U personalnom računaru (a odnedavno iu drugim tipovima računara), glavna memorija se sastoji od dva dela - memorije samo za čitanje (ROM) i memorije sa slučajnim pristupom (RAM). Program je pohranjen u vrlo maloj po modernim standardima [dostiže nekoliko megabajta] trajnoj memoriji bootstrap pod nazivom BIOS (Basic Input-Output System). Ova informacija je „žičana“ u memoriji, tj. je trajno pohranjeno. RAM ne sadrži nikakve informacije kada je računar uključen. Kada je uključen, signal se šalje svim blokovima da se postave u početno „nulto“ stanje; tada počinju da se formiraju taktni impulsi i računar počinje da radi.

Da biste razumeli kako funkcioniše računar, morate znati od kojih elemenata se sastoji, tj. šta je okidač, brojač, registar, logičko kolo, itd. Možete saznati više o tome kako sve ove komponente funkcionišu u narednim odeljcima knjige. Ovdje ćemo dati samo osnovnu ideju o ovim komponentama. Trigger je elektronsko kolo koje može biti u jednom od dva stabilna stanja “0” i “1”. Vanjski signali se mogu koristiti za prebacivanje okidača iz jednog stanja u drugo. Registrirajte se– radi se o nekoliko trigera povezanih na određeni način, tj. Možete upisati binarnu riječ u registar, pročitati je, pomaknuti je, invertirati. Counter omogućava vam da odredite broj primljenih signala. Takođe je izgrađen na osnovu okidača. Logički sklop implementira određenu logičku funkciju, tj. generira izlazni signal za određene kombinacije signala na svojim ulazima.

Nastavimo sada da razmatramo rad jednostavnog računara. Sadržaj programskog brojača (SchK; naziva se i IP - instrukcijski pokazivač) procesora se preko adresne magistrale prenosi u adresni registar (PrA) glavne memorije (slika 1.3). Kada je računar uključen, programski brojač uvek sadrži istu početnu adresu. Stoga se traži sadržaj memorijske ćelije sa ovom početnom adresom koja pripada BIOS-u. Tipično, ova ćelija sadrži kod za instrukciju bezuvjetnog skoka, koja se koristi za promjenu sadržaja programskog brojača. Sadržaj ćelije, tj. kod ove komande se prenosi u komandni registar (RgK) procesora preko OSH sabirnice podataka. Sadržaj memorijske ćelije stiže u PgK, budući da se "zahtjev" za memoriju vrši iz programskog brojača; Ovo je obavezan zahtjev za svaki tradicionalni računar.

Procesorski PgK registar se, zauzvrat, sastoji od nekoliko registara - registra operacijskog koda (OpCOP) i registara adrese procesora (PgAP). Dio riječi (sadržaj OP ćelije kojoj se pristupilo), koji se nalazi u registru kodova operacije, prenosi se na upravljačku jedinicu (CU) koja generiše niz kontrolnih signala.

Kada se izvrši komanda bezuslovnog skoka, drugi „adresni“ deo reči, koji završava u jednom od adresnih registara procesora, ponovo se prenosi na programski brojač pod kontrolom signala iz kontrolne jedinice. Ova komanda je unicast - tj. njegov "adresni" dio sadrži samo jednu adresu. Time je njegovo izvođenje završeno. Upravljačka jedinica generiše signal o završetku izvršenja komande, a sadržaj CC se ponovo prenosi u memoriju RgA, tj. traži se sljedeća komanda.

RgKOP RgAP

Slika 1.3 Prenos komandi sa OP-a na CPU

Stoga se postupak pristupa memoriji ponavlja. Sadržaj memorijske ćelije kojoj se ponovo pristupa smatra se novom instrukcijom, tj. ponovo učitava u RgK procesor. Tipično, druga komanda se koristi za početak učitavanja RAM-a sa magnetnog diska; to više nije bezuslovna naredba za skok. Kada se ova komanda izvrši pod kontrolom koda operacije (deo komande koji ide u PrKOP), generišu se drugi kontrolni signali, a sadržaj prvog registra PrgAP, koji je deo PrK, se prenosi u adresni registar. memorije i smatraju se adresom prvog operanda.

Za RAM je svejedno odakle je zahtjev došao - sa programskog brojača ili iz adresnog registra, pa se u memorijskom registru podataka riječ formira na isti način kao i prije. Međutim, pošto je “zahtjev” za ovu riječ došao iz PgAP adresnog registra, u procesoru se ona stavlja u prvi registar podataka aritmetičke jedinice (ALU). Tada kontrolna jedinica generiše slične signale za prenos sadržaja drugog PrAP-a u RgA memoriju; Kao rezultat toga, sadržaj memorijske ćelije sa adresom koja se nalazi u PgAP-u se prenosi u drugi registar podataka aritmetičkog uređaja.

Tada upravljačka jedinica generiše signale u zavisnosti od šifre operacije u PrKOP-u, šalje ih ALU-u, koji obavlja odgovarajuću operaciju, a njen rezultat se smešta u registar izlaznog akumulatora. Nakon toga, sadržaj registra akumulatora se prenosi u memorijsku ćeliju, čija se adresa obično nalazi u prvom PrAP-u, tj. izvršen je još jedan poziv OP-u. Sadržaj registra akumulatora se prenosi na sabirnicu podataka, a adresa ćelije iz RgAP-a se prenosi na adresnu sabirnicu. [U zavisnosti od dizajna mašine, broja adresa u komandi koja se izvršava (adresabilnost) i niza drugih karakteristika, sadržaj registra akumulatora može se pohraniti u njega i preneti u OP ćeliju na adresi koja se nalazi u prvi ili drugi RgAP.]

Nakon pohranjivanja sadržaja registra akumulatora, dužina trenutne komande u bajtovima dodaje se na brojač komandi SchK (često nazvan “jedan”) za pristup sljedećoj memorijskoj ćeliji i počinje novi ciklus izvršavanja sljedeće komande.

Dakle, izvršavanje programa se odvija sekvencijalno: svaki put kada se samo jedna naredba implementira u mašinu, koja završava u registru komandi iz OP-a. Ali da biste povećali performanse računara, morate ili povećati brzinu izvršavanja naredbi ili izvršiti nekoliko uzastopnih naredbi u isto vrijeme. Povećanje brzine izvršavanja naredbi povezano je s poboljšanjem tehničkih karakteristika i povećanjem performansi svih komponenti uključenih u računar - CPU, OP, sabirnice interfejsa, ulazno-izlazni uređaji. Ali povećanje brzine izvršavanja naredbi je u osnovi ograničeno - brzina širenja signala u mašini ne može biti veća od brzine svjetlosti, a dužina puta je određena brojem kapija i korištenom tehnologijom. Drugi način, koji se sastoji u paralelnom izvršavanju nekoliko naredbi, je najperspektivniji. Međutim, on također ima niz ograničenja, koja ćemo razmotriti u nastavku.

Personalni računar je univerzalni tehnički sistem.

Njegova konfiguracija (sastav opreme) može se fleksibilno mijenjati po potrebi.

Međutim, postoji koncept osnovne konfiguracije koji se smatra tipičnim. Računar obično dolazi sa ovim kompletom.

Koncept osnovne konfiguracije može varirati.

Trenutno se u osnovnoj konfiguraciji razmatraju četiri uređaja:

sistemska jedinica;
monitor;
tipkovnica;
miš.

Pored računara sa osnovnom konfiguracijom, sve su češći multimedijalni računari opremljeni CD čitačem, zvučnicima i mikrofonom.

Referenca: "Yulmart", daleko najbolji i pogodan internet prodavnica gde besplatno Bićete obavešteni kada kupujete računar bilo koje konfiguracije.

Sistemska jedinica je glavna jedinica u koju se ugrađuju najvažnije komponente.

Uređaji unutra sistemska jedinica, nazivaju se internim, a uređaji koji su eksterno povezani na njega nazivaju se eksternim.

Eksterni dodatni uređaji dizajnirani za unos, izlaz i dugotrajno skladištenje podataka nazivaju se i perifernim uređajima.

Kako sistemska jedinica radi

By izgled sistemske jedinice se razlikuju po obliku kućišta.

Kućišta za personalne računare se proizvode u horizontalnoj (desktop) i vertikalnoj (tower) verziji.

Vertikalna kućišta razlikuju se po dimenzijama:

puna veličina (veliki toranj);
srednje veličine (midi toranj);
male veličine (mini toranj).

Među kućištima koja imaju horizontalni dizajn, postoje ravne i posebno ravne (slim).

Izbor jedne ili druge vrste kućišta određen je ukusom i potrebama nadogradnje računara.

Najoptimalniji tip kućišta za većinu korisnika je mini tower kućište.

Malih je dimenzija i može se zgodno postaviti i na radnu površinu, na noćni ormarić u blizini radne površine ili na poseban držač.

Ima dovoljno prostora za smještaj pet do sedam kartica za proširenje.

Pored oblika, za kućište je važan i parametar koji se zove faktor forme, od čega zavise zahtjevi za uređaje koji se postavljaju.

Trenutno se uglavnom koriste kućišta dva oblika: AT i ATX.

Faktor oblika kućišta mora biti u skladu sa oblikom glavne (sistemske) ploče računara, tzv. matične ploče.

Kućišta personalnih računara se isporučuju sa napajanjem, tako da je i snaga napajanja jedan od parametara kućišta.

Za masovne modele dovoljno je napajanje od 200-250 W.

Sistemska jedinica uključuje (može primiti):

Matična ploča
ROM čip i BIOS sistem
Nepromenljiva memorija CMOS
HDD

Matična ploča

Matična ploča (matična ploča) - glavna ploča personalnog računara, koja je list fiberglasa prekriven bakarnom folijom.

Jetkanjem folije dobijaju se tanki bakarni provodnici koji povezuju elektronske komponente.

On matična ploča nalaze se:

procesor - glavni čip koji obavlja većinu matematičkih i logičkih operacija;
sabirnice - skupovi provodnika preko kojih se razmjenjuju signali između unutrašnjih uređaja računara;
Memorija sa slučajnim pristupom (Memorija sa slučajnim pristupom, RAM) - skup čipova dizajniranih za privremeno pohranjivanje podataka kada je računalo uključeno;
ROM (memorija samo za čitanje) je čip dizajniran za dugotrajno skladištenje podataka, uključujući i kada je računar isključen;
mikroprocesorski komplet (čipset) - skup čipova koji kontrolišu rad unutrašnjih uređaja računara i određuju osnovnu funkcionalnost matične ploče;
konektori za povezivanje dodatni uređaji(slotovi).

(mikroprocesor, centralna procesorska jedinica, CPU) - glavni kompjuterski čip u kojem se vrše svi proračuni.

To je veliki čip koji se lako može pronaći na matičnoj ploči.

Procesor ima veliki hladnjak sa bakrenim rebrima koji se hladi ventilatorom.

Strukturno, procesor se sastoji od ćelija u kojima se podaci ne samo pohranjuju, već i mijenjaju.

Unutrašnje ćelije procesora nazivaju se registri.

Takođe je važno napomenuti da se podaci koji se nalaze u nekim registrima ne smatraju podacima, već uputstvima koja kontrolišu obradu podataka u drugim registrima.

Među procesorskim registrima postoje i oni koji, ovisno o svom sadržaju, mogu mijenjati izvršenje naredbi. Dakle, kontrolom slanja podataka u različite registre procesora, možete kontrolirati obradu podataka.

To je ono na čemu se zasniva izvršavanje programa.

Procesor je sa ostatkom računarskih uređaja, a prvenstveno sa RAM memorijom, povezan sa nekoliko grupa provodnika koji se nazivaju magistrale.

Postoje tri glavne magistrale: sabirnica podataka, adresna sabirnica i komandna sabirnica.

Address bus

Intel Pentium procesori (naime, oni su najčešći u personalnim računarima) imaju 32-bitnu adresnu magistralu, odnosno sastoji se od 32 paralelne linije. Ovisno o tome ima li napona na nekoj liniji ili ne, kažu da je ova linija postavljena na jedan ili na nulu. Kombinacija 32 nule i jedinice formira 32-bitnu adresu koja ukazuje na jednu od RAM ćelija. Procesor je povezan s njim da kopira podatke iz ćelije u jedan od njenih registara.

Sabirnica podataka

Ova magistrala kopira podatke iz RAM-a u registre procesora i nazad. U računarima izgrađenim na Intel Pentium procesorima, magistrala podataka je 64-bitna, odnosno sastoji se od 64 linije, duž kojih se istovremeno prima 8 bajtova za obradu.

Command bus

Da bi procesor obradio podatke, potrebna su mu uputstva. Mora znati šta da radi sa bajtovima pohranjenim u njegovim registrima. Ove naredbe također dolaze u procesor iz RAM-a, ali ne iz onih područja u kojima se pohranjuju nizovi podataka, već iz kojih se pohranjuju programi. Naredbe su također predstavljene u bajtovima. Najjednostavnije naredbe staju u jedan bajt, ali postoje i one koje zahtijevaju dva, tri ili više bajta. U većini savremeni procesori 32-bitna komandna sabirnica (na primjer, in Intel procesor Pentium), iako postoje 64-bitni procesori, pa čak i 128-bitni.

Tokom rada, procesor servisira podatke koji se nalaze u njegovim registrima, u RAM polju, kao i podatke koji se nalaze u eksternim portovima procesora.

Neke podatke tumači direktno kao podatke, neke podatke kao podatke o adresi, a neke kao naredbe.

Skup svih mogućih instrukcija koje procesor može izvršiti na podacima čini takozvani sistem instrukcija procesora.

Glavni parametri procesora su:

radni napon
dubina bita
radna taktna frekvencija
interni multiplikator sata
veličina keša

Radni napon procesora obezbeđuje matična ploča, tj različite marke procesori odgovaraju različitim matičnim pločama (moraju se odabrati zajedno). Kako se tehnologija procesora razvija, radni napon se postepeno smanjuje.

Kapacitet procesora pokazuje koliko bitova podataka može primiti i obraditi u svojim registrima odjednom (u jednom ciklusu takta).

Procesor je zasnovan na istom principu takta kao i kod običnog sata. Izvršenje svake naredbe traje određeni broj ciklusa takta.

U zidnom satu, ciklusi oscilovanja su postavljeni klatnom; kod ručnih mehaničkih satova postavljeni su pomoću opružnog klatna; U tu svrhu, elektronski satovi imaju oscilatorno kolo koje postavlja cikluse sata na strogo definiranu frekvenciju.

U personalnom računaru impulse takta postavlja jedno od mikrokola uključenih u mikroprocesorski komplet (čipset) koji se nalazi na matičnoj ploči.

Što je viša frekvencija takta koja dolazi do procesora, što više komandi može da izvrši po jedinici vremena, to su njegove performanse veće.

Razmjena podataka unutar procesora odvija se nekoliko puta brže od razmjene sa drugim uređajima, kao što je RAM.

Kako bi se smanjio broj pristupa RAM-u, unutar procesora se kreira bafer područje – takozvana keš memorija.Ova je kao “super-RAM”.

Kada su procesoru potrebni podaci, on prvo pristupa keš memoriji, a tek ako nema potrebnih podataka pristupa RAM-u.

Primajući blok podataka iz RAM-a, procesor ga istovremeno unosi u keš memoriju.

Uspješni pristupi keš memoriji nazivaju se keš hitovi.

Što je veća veličina keša, to je veća stopa pogodaka, zbog čega procesori visokih performansi dolaze s većom veličinom keša.

Keš memorija je često raspoređena na nekoliko nivoa.

Keš memorija prvog nivoa radi na istom čipu kao i sam procesor i ima zapreminu od nekoliko desetina kilobajta.

L2 keš memorija se nalazi ili na matrici procesora ili na istom čvoru kao i procesor, iako se izvršava na zasebnom matrici.

Keš memorije prvog i drugog nivoa rade na frekvenciji koja je u skladu sa frekvencijom jezgre procesora.

Keš memorija trećeg nivoa se izvodi na brzim čipovima tipa SRAM i postavlja se na matičnu ploču u blizini procesora. Njegov volumen može doseći nekoliko MB, ali radi na frekvenciji matične ploče.

Interfejsi sabirnice matične ploče

Vezu između svih izvornih i povezanih uređaja matične ploče obavljaju njene magistrale i logički uređaji smješteni u mikroprocesorski čipset (čipset).

Performanse računara u velikoj meri zavise od arhitekture ovih elemenata.

Bus interfejsi

JE(Industry Standard Architecture) je zastarjela sistemska magistrala IBM PC kompatibilnih računara.

EISA(Proširena standardna arhitektura industrije) - Proširenje ISA standarda. Ima veći konektor i povećane performanse (do 32 MB/s). Kao ISA, trenutno ovaj standard smatra zastarjelim.

PCI(Međusobno povezivanje perifernih komponenti - doslovno: međusobno povezivanje perifernih komponenti) - ulazno/izlazna magistrala za povezivanje perifernih uređaja na matičnu ploču računara.

AGP(Accelerated Graphics Port - ubrzani grafički port) - razvijen 1997. godine od strane Intel, specijalizovana 32-bitna sistemska magistrala za video karticu. Glavni cilj programera bio je povećanje performansi i smanjenje troškova video kartice smanjenjem količine ugrađene video memorije.

USB(Univerzalna serijska magistrala - univerzalna serijska magistrala) - Ovaj standard definiše način na koji računar komunicira sa perifernom opremom. Omogućava vam povezivanje do 256 razni uređaji ima serijski interfejs. Uređaji se mogu povezivati u lancima (svaki sljedeći uređaj je povezan s prethodnim). Performanse USB magistrale su relativno niske i iznose do 1,5 Mbit/s, ali za uređaje kao što su tastatura, miš, modem, džojstik i slično to je dovoljno. Pogodnost sabirnice je u tome što praktično eliminiše sukobe između različite opreme, omogućava vam da povežete i isključite uređaje u "vrućem režimu" (bez isključivanja računara) i omogućava vam da kombinujete nekoliko računara u najjednostavniji lokalna mreža bez upotrebe posebne opreme i softvera.

Parametri mikroprocesorskog kompleta (čipseta) u najvećoj mjeri određuju svojstva i funkcije matične ploče.

Trenutno se većina čipsetova matičnih ploča proizvodi na bazi dva čipa, nazvana “sjeverni most” i “južni most”.

Sjeverni most kontrolira međusobno povezivanje četiri uređaja: procesora, RAM-a, AGP porta i PCI magistrale. Stoga se naziva i kontrolerom sa četiri priključka.

"Južni most" se naziva i funkcionalnim kontrolerom. Obavlja funkcije hard diska i floppy disk kontrolera, funkcije ISA - PCI mosta, kontrolera tastature, kontrolera miša, USB magistrale itd.

(RAM - Random Access Memory) je niz kristalnih ćelija sposobnih za pohranjivanje podataka.

Postoji mnogo različitih tipova RAM-a, ali sa stanovišta fizičkog principa rada razlikuju se dinamička memorija (DRAM) i statička memorija (SRAM).

Ćelije dinamičke memorije (DRAM) mogu se smatrati mikrokondenzatorima koji mogu pohraniti naboj na svojim pločama.

Ovo je najčešće i ekonomično dostupan tip memorija.

Nedostaci ovog tipa povezani su, prije svega, s činjenicom da su i kod punjenja i kod pražnjenja kondenzatora neizbježni prolazni procesi, odnosno snimanje podataka se odvija relativno sporo.

Drugi važan nedostatak je povezan s činjenicom da se naboji ćelija raspršuju u prostoru, i to vrlo brzo.

Ako se RAM memorija ne "puni" stalno, gubitak podataka se javlja u roku od nekoliko stotinki sekunde.

Da bi se suzbio ovaj fenomen, računar se podvrgava stalnoj regeneraciji (osvježavanju, ponovnom punjenju) RAM ćelija.

Regeneracija se dešava nekoliko desetina puta u sekundi i uzrokuje rasipnu potrošnju resursa računarskog sistema.

Statičke memorijske ćelije (SRAM) se mogu smatrati elektronskim mikroelementima - flip-flopovima koji se sastoje od nekoliko tranzistora.

Okidač pohranjuje ne napunjenost, već stanje (uključeno/isključeno), tako da ova vrsta memorije pruža veće performanse, iako je tehnološki složenija i shodno tome skuplja.

Dinamički memorijski čipovi se koriste kao glavni RAM računara.

Statički memorijski čipovi se koriste kao pomoćna memorija (tzv. keš memorija), dizajnirana da optimizira rad procesora.

Svaka memorijska ćelija ima svoju adresu, koja se izražava brojem.

Jedna adresabilna ćelija sadrži osam binarnih ćelija u koje se može pohraniti 8 bitova, odnosno jedan bajt podataka.

Dakle, adresa bilo koje memorijske ćelije može biti izražena u četiri bajta.

RAM u računaru se nalazi na standardnim panelima koji se nazivaju moduli.

RAM moduli se ubacuju u odgovarajuće utore na matičnoj ploči.

Strukturno, memorijski moduli imaju dva dizajna - jednoredni (SIMM moduli) i dvoredni (DIMM moduli).

Glavne karakteristike RAM modula su kapacitet memorije i vrijeme pristupa.

Vrijeme pristupa pokazuje koliko je vremena potrebno za pristup memorijskim ćelijama - što je kraće, to bolje. Vrijeme pristupa se mjeri u milijardama sekunde (nanosekunde, ns).

ROM čip i BIOS sistem

Kada je računar uključen, u njegovoj RAM memoriji nema ništa - ni podataka ni programa, jer RAM ne može ništa pohraniti bez ponovnog punjenja ćelija duže od stotinke sekunde, ali su procesoru potrebne komande, uključujući i u prvom trenutku nakon uključivanja on.

Stoga se odmah nakon uključivanja postavlja početna adresa na adresnoj magistrali procesora.

To se događa u hardveru, bez učešća programa (uvijek isto).

Procesor adresira postavljenu adresu za svoju prvu komandu, a zatim počinje da radi u skladu sa programima.

Ova izvorna adresa ne može ukazivati na RAM, koji još nema ništa u sebi.

Odnosi se na drugu vrstu memorije, memoriju samo za čitanje (ROM).

ROM čip je sposoban da čuva informacije dugo vremena, čak i kada je računar isključen.

Programi koji se nalaze u ROM-u nazivaju se "hardwired" - tamo su napisani u fazi proizvodnje mikrokola.

Skup programa koji se nalazi u ROM-u čini osnovni ulazno/izlazni sistem (BIOS - Basic Input Output System).

Glavna svrha programa u ovom paketu je provjera sastava i funkcionalnosti kompjuterski sistem i pružaju interakciju sa tastaturom, monitorom, čvrstim diskom i disketnom jedinicom.

Programi uključeni u BIOS nam omogućavaju da posmatramo dijagnostičke poruke na ekranu koje prate pokretanje računara, kao i da ometaju proces pokretanja pomoću tastature.

Nepostojana CMOS memorija

Rad standardnih uređaja kao što je tastatura može biti podržan programima uključenim u BIOS, ali takvi alati ne mogu omogućiti rad sa svim mogućim uređajima.

Na primjer, proizvođači BIOS-a ne znaju apsolutno ništa o parametrima naših tvrdih i flopi diskova; ne znaju ni sastav ni svojstva bilo kojeg kompjuterskog sistema.

Da biste započeli s drugim hardverom, programi uključeni u BIOS moraju znati gdje mogu pronaći postavke koje su im potrebne.

Iz očiglednih razloga, ne mogu se pohraniti ni u RAM ni u ROM.

Posebno za ovu svrhu, matična ploča ima čip "nehlapljive memorije", koji se prema svojoj proizvodnoj tehnologiji naziva CMOS.

Od RAM-a se razlikuje po tome što se njegov sadržaj ne briše kada se računar isključi, a razlikuje se od ROM-a po tome što se podaci mogu unositi i menjati u njega nezavisno, u skladu sa opremom koja je uključena u sistem.

Ovaj čip se stalno napaja malom baterijom koja se nalazi na matičnoj ploči.

Napunjenost ove baterije je dovoljna da osigura da mikrokolo ne izgubi podatke, čak i ako računar nije uključen nekoliko godina.

CMOS čip pohranjuje podatke o fleksibilnim i tvrdi diskovi, o procesoru, o nekim drugim uređajima na matičnoj ploči.

Činjenica da računar jasno prati vreme i kalendar (čak i kada je isključen) takođe je posledica činjenice da se sistemski sat stalno čuva (i menja) u CMOS-u.

Tako programi napisani u BIOS-u čitaju podatke o sastavu hardvera računara sa CMOS čipa, nakon čega mogu pristupiti hard disku, a po potrebi i fleksibilnom disku, te prenijeti kontrolu na programe koji su tamo snimljeni.

HDD

HDD- glavni uređaj za dugotrajno skladištenje velikih količina podataka i programa.

Zapravo, ovo nije jedan disk, već grupa koaksijalnih diskova koji imaju magnetni premaz i rotiraju velikom brzinom.

Dakle, ovaj “disk” nema dvije površine, kao što bi imao običan ravan disk, već 2n površina, gdje je n broj pojedinačnih diskova u grupi.

Iznad svake površine nalazi se glava dizajnirana za čitanje i pisanje podataka.

Pri velikim brzinama rotacije diska (90 o/s) u procjepu između glave i površine formira se aerodinamički jastuk, a glava lebdi iznad magnetske površine na visini od nekoliko tisućitih dijelova milimetra.

Promjenom struje koja teče kroz glavu mijenja se intenzitet dinamičkog magnetskog polja u procjepu, što uzrokuje promjene u stacionarnom magnetskom polju feromagnetnih čestica koje formiraju omotač diska.Tako se podaci upisuju u magnetno polje. disk.

Operacija čitanja se odvija obrnutim redoslijedom.

Magnetizirane čestice premaza se šire velika brzina blizu glave, u njoj se indukuje emf samoindukcije.

Elektromagnetski signali generisani u ovom slučaju se pojačavaju i prenose na obradu.

Upravljanje radom tvrdi disk vrši poseban hardversko-logički uređaj - kontroler hard diska.

Trenutno, funkcije disk kontrolera obavljaju mikro krugovi uključeni u mikroprocesorski komplet (čipset), iako neke vrste kontrolera visokih performansi tvrdi diskovi i dalje se isporučuju na posebnoj ploči.

Glavni parametri tvrdih diskova uključuju kapacitet i performanse.

Može se čuvati na tvrdom disku godinama, ali ponekad je potrebno da ga prenesete sa jednog računara na drugi.

Uprkos svom imenu, HDD je vrlo lomljiv uređaj, osjetljiv na preopterećenja, udarce i udarce.

Teoretski, moguće je prenijeti informacije s jednog radnog mjesta na drugo premještanjem tvrdog diska, au nekim slučajevima se to i radi, ali se ova tehnika ipak smatra niskotehnološkom, jer zahtijeva posebnu pažnju i određene kvalifikacije.

Za brzi prijenos malih količina informacija koriste se takozvani fleksibilni magnetni diskovi (flopi diskovi) koji se ubacuju u poseban uređaj za pohranu - flopi disk.

Prijemni otvor pogona nalazi se na prednjoj ploči sistemske jedinice.

Od 1984. proizvode se flopi diskovi od 5,25 inča visoke gustoće (1,2 MB).

Danas se diskovi od 5,25 inča ne koriste, a diskovi od 5,25 inča nisu uključeni u osnovnu konfiguraciju personalnih računara nakon 1994. godine.

3,5-inčne flopi diskove proizvode se od 1980. godine.

Danas se 3,5-inčni diskovi visoke gustoće smatraju standardnim. Imaju kapacitet od 1440 KB (1,4 MB) i označeni su slovima HD (visoka gustina).

Na donjoj strani disketa ima centralni rukavac, koji je zahvaćen vretenom drajva i rotira.

Magnetna površina je prekrivena kliznom zavjesom kako bi se zaštitila od vlage, prljavštine i prašine.

Ako disketa sadrži vrijedne podatke, možete je zaštititi od brisanja ili prepisivanja pomicanjem sigurnosnog poklopca kako biste stvorili otvorenu rupu.

Diskete se smatraju nepouzdanim medijima za pohranu podataka.

Prašina, prljavština, vlaga, promjene temperature i vanjska elektromagnetna polja vrlo često uzrokuju djelomični ili potpuni gubitak podataka pohranjenih na disketi.

Stoga je korištenje disketa kao glavnog sredstva za pohranjivanje informacija neprihvatljivo.

Koriste se samo za prijenos informacija ili kao dodatni (backup) uređaj za pohranu.

CD-ROM drajv

Skraćenica CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) prevedena je na ruski kao trajni uređaj za skladištenje zasnovan na kompakt disku.

Princip rada ovog uređaja je čitanje numeričkih podataka pomoću laserskog zraka koji se odbija od površine diska.

Digitalno snimanje na CD-u se veoma razlikuje od snimanja na magnetne diskove. velika gustoća, a standardni CD može pohraniti približno 650 MB podataka.

Velike količine podataka tipične su za multimedijalne informacije (grafika, muzika, video), pa se CD-ROM uređaji klasifikuju kao multimedijalni hardver.

Softverski proizvodi distribuirani na laserski diskovi, nazivaju se multimedijalne publikacije.

Danas multimedijalne publikacije zauzimaju sve jače mjesto među ostalim tradicionalnim vrstama publikacija.

Na primjer, postoje knjige, albumi, enciklopedije, pa čak i časopisi (elektronski časopisi) objavljeni na CD-ROM-u.

Glavni nedostatak standarda CD-ROM pogoni je nemogućnost snimanja podataka, ali paralelno sa njima postoje i uređaji za jednokratno upisivanje CD-R (Compact Disk Recorder) i uređaji za jednokratno upisivanje CD-RW.

Glavni parametar CD-ROM uređaja je brzina čitanja podataka.

Trenutno, najčešći uređaji su CD-ROM čitači sa performansama 32x-50x. Moderni primjeri uređaja za jednokratno upisivanje imaju performanse 4x-8x, a uređaji za višestruko upisivanje - do 4x.

TEHNIČKI ALATI ZA IMPLEMENTACIJU INFORMACIJSKIH PROCESA

Sastav i namena glavnih elemenata personalnog računara

Klasična kompjuterska arhitektura

Osnove gradnje elektronike kompjuteri u njihovom modernom shvatanju postavili su 30-ih - 40-ih godina prošlog veka istaknuti naučnici: engleski matematičar Alan Tjuring i Amerikanac mađarskog porekla Džon (Janoš) Nojman.

Turingova mašina nije postala pravi operativni uređaj, ali se do danas stalno koristi kao glavni model za razjašnjavanje suštine takvih koncepata kao što su „proračunski proces“, „algoritam“, kao i za razjašnjavanje veze između algoritma i kompjutere.

John Neyman je 1946. godine na ljetnoj sjednici Univerziteta u Pensilvaniji podijelio izvještaj koji je postavio temelje za razvoj kompjuterska tehnologija za nekoliko decenija koje slede. Naknadno iskustvo u razvoju računara pokazalo je ispravnost Nojmannovih glavnih zaključaka, koji su se razvijali i usavršavali u narednim godinama. Glavne preporuke koje je Neumann predložio za kompjuterske programere su sljedeće:

1. Mašine koje koriste elektronske elemente treba da rade ne u decimalnom, već u binarnom brojevnom sistemu.

2. Program se mora nalaziti u jednom od blokova mašine - u uređaju za skladištenje (memoriji) dovoljnog kapaciteta i odgovarajuće brzine za uzorkovanje i pisanje programskih komandi.

3. Program je, baš kao i brojevi sa kojima mašina radi, predstavljen u binarnom kodu. Dakle, u pogledu oblika prezentacije, komande i brojevi su istog tipa. Ova okolnost dovodi do sljedećih važnih posljedica:

Međurezultati proračuna, konstante i drugi brojevi mogu se staviti u istu memoriju kao i program;

Numerički oblik programa omogućava mašini da izvrši operacije nad količinama koje kodiraju naredbe programa.

4. Aritmetički uređaji mašine su konstruisani na osnovu kola koja vrše operaciju sabiranja. Stvaranje posebnih uređaja za izračunavanje drugih operacija je nepraktično.

5. Mašina koristi paralelni princip organizacije računskog procesa (operacije nad riječima se izvode istovremeno u svim ciframa).

Arhitektura računara obično je određen skupom njegovih svojstava koja su značajna za korisnika. Glavna pažnja je posvećena strukturi i funkcionalnost mašine koje se mogu podeliti na glavne i dodatne.

Basic funkcije određuju svrhu računara: obrada i pohranjivanje informacija, razmjena informacija sa vanjskim objektima. Dodatno funkcije povećavaju efikasnost obavljanja osnovnih funkcija: obezbeđuju efikasne režime rada, dijalog sa korisnikom, visoku pouzdanost itd. Navedene funkcije računara se realizuju korišćenjem njegovih komponenti: hardvera i softvera.

PC - Ovo je stoni ili prenosivi računar koji ispunjava zahtjeve opšte dostupnosti i univerzalnosti upotrebe.

Princip rada i struktura personalnog računara

Svaki oblik ljudske aktivnosti, bilo koji proces funkcioniranja tehničkog objekta povezan je s prijenosom i transformacijom informacija. Informacije odnosi se na informacije o određenim prirodnim pojavama, događajima u društvenom životu i procesima u tehnički uređaji. Informacija utjelovljena i zabilježena u materijalnom obliku naziva se poruka. Poruke mogu biti kontinuirane (analogne) ili diskretne (digitalne). Kontinuirana poruka je predstavljena fizičkom veličinom ( električni napon, struja, itd.), promjene u kojima se tokom vremena odražava tok procesa koji se razmatra.

Diskretnu poruku karakteriše prisustvo fiksnog skupa elemenata, od kojih određenim trenucima različite sekvence se formiraju tokom vremena. Računari su pretvarači informacija, u njima se početni podaci problema pretvaraju u rezultat njegovog rješavanja i pripadaju klasi diskretnog djelovanja - digitalnom.

Glavna karakteristika kompjuter je princip programske kontrole, na osnovu kojeg se ono ostvaruje automatska kontrola proces rješavanja problema. Drugi važan princip je princip pohranjenog programa, koji kaže da se digitalno kodirani program pohranjuje u memoriju zajedno s brojevima. Naredba ne označava same brojeve uključene u operacije, već adrese RAM ćelija u kojima se nalaze i adresu ćelije u koju se nalazi rezultat operacije.

Rad personalnog računara (PC) može se ukratko opisati na sledeći način. Kada uključite računar, proces pokretanja testira komponente računara poseban program, “hardwided” u ROM (BIOS). Istovremeno, ovaj program testira („oživljava“) periferije PC. Zatim se skup programa (operativni sistem) i početni podaci za proračune učitavaju u RAM računara. Ovo pokretanje se može obaviti sa tastature ili sa jednog od disk jedinica. Operativni sistem određuje redoslijed rada PC uređaja i redoslijed unosa podataka, algoritme za njihovu obradu i portove za izlaz rezultata. Tipično, podaci se uzimaju iz nekih memorijskih ćelija RAM-a, obrađuju ih mikroprocesor i zatim ih šalje drugim memorijskim ćelijama. Ukoliko je potrebno, dobijeni rezultati se šalju na štampač na štampanje preko posebnih portova.

Fig.2. Uvećano strukturna šema PC

Struktura računara– ovo je određeni model koji uspostavlja sastav, red i principe interakcije njegovih komponenti.

Na slici 1 prikazan je pojednostavljeni funkcionalni dijagram personalnog računara, na slici 2 prikazan je njegov uvećani blok dijagram.

Mikroprocesor. Ovo je centralna PC jedinica dizajnirana za kontrolu rada svih mašinskih blokova i za obavljanje aritmetičkih i logičkih operacija nad informacijama (slika 3). Mikroprocesor uključuje:

- kontrolni uređaj(CU) – generiše i isporučuje svim blokovima mašine u pravo vreme određene upravljačke signale (kontrolne impulse), određene specifičnostima operacije koja se izvodi i rezultatima prethodnih operacija; generira adrese memorijskih ćelija koje se koriste za operaciju koja se izvodi i prenosi te adrese odgovarajućim računalnim blokovima; kontrolni uređaj prima referentni niz impulsa od generatora takt impulsa;

- aritmetičko-logička jedinica(ALU) – dizajniran za izvođenje svih aritmetičkih i logičkih operacija nad numeričkim i simboličkim informacijama. U nekim modelima računara, dodatni matematički koprocesor, koristi se za ubrzano izvršavanje operacija nad binarnim brojevima s pomičnim zarezom, nad binarno kodiranim brojevima decimalni brojevi, za izračunavanje nekih trigonometrijskih funkcija sa velikom preciznošću;

- mikroprocesorska memorija– služi za kratkoročno skladištenje, snimanje i izlaz informacija direktno korištenih u proračunima u narednim ciklusima rada mašine. Koristi se za osiguravanje velike brzine mašine, jer glavna memorija ne pruža uvijek brzinu pisanja, pretraživanja i čitanja informacija potrebnih za efikasan rad mikroprocesor velike brzine.

- mikroprocesorski interfejs sistem – implementira uparivanje i komunikaciju sa drugim PC uređajima.

Interfejs(interfejs) – skup sredstava za uparivanje i komunikaciju računarskih uređaja, obezbeđujući njihovu efektivnu interakciju.

Glavne karakteristike mikroprocesora:

Frekvencija takta, koja pokazuje koliko je instrukcija (akcija) procesor u stanju da izvrši u jednoj sekundi;

Arhitektura, posebno veličina keš memorije (za više detalja pogledajte odjeljak...).

Neka područja primjene procesora, osim osobnog računara korisnika:

Kontroler semafora;

Interaktivne igračke;

Digitalni navigacijski sustav automobila;

Kontrola paljenja i opskrbe gorivom u automobilima;

Printers;

Konzola tonskog inženjera;

Lokomotive (mikroprocesor upravlja napajanjem motora);

Interaktivni video ekran na dodir;

Kontrola potrošnje energije;

Kontrola procesa (mikroprocesor kontroliše uslove proizvodnog procesa - temperaturu, pritisak ili potrošnju materijala);

Elektronički mamac za ribolov;

Elektroničke orgulje, gitara, sintisajzer;

detektor helija;

Oprema za fitness;

Elektronska igra"pikado";

Istraživački instrumenti;

Kontrolor za privezne spojke za brodove i sl.

Clock generator. Generiše niz električnih impulsa; frekvencija generiranih impulsa određuje frekvencija sata automobili. Vremenski interval između susjednih impulsa određuje vrijeme jednog ciklusa rada mašine ili jednostavno ciklus rada mašine. Frekvencija generatora taktnih impulsa je jedna od glavnih karakteristika personalnog računara i u velikoj meri određuje brzinu njegovog rada, budući da se svaka operacija u mašini izvodi u određenom broju taktova.

Dom razlikovna karakteristika Struktura personalnog računara sastoji se od sistemske magistrale preko koje svi njegovi uređaji komuniciraju i razmenjuju informacije.

PC autobusi. Računar je izgrađen na principu backbone-modular, u kojem su svi računarski blokovi međusobno povezani sistemskom magistralom dizajniranom za razmjenu podataka, adresa i kontrolnih informacija između komponente kompjuter. Sistemska magistrala određuje opšti redosled razmene između računarskih blokova, kao i maksimalan broj ulazno/izlaznih uređaja koji se koriste. To uključuje adresna sabirnica, sabirnica podataka I kontrolna sabirnica. Adresna magistrala i sabirnica podataka neophodni su za prenos adresa željenih ćelija iz mikroprocesora, a zatim čitanje (ili upisivanje) odgovarajućih podataka iz njih. Da bi se osigurala interakcija između pojedinačnih računarskih čvorova, postoji kontrolna magistrala koja prenosi kontrolne signale koje PC uređaji međusobno razmjenjuju.

Osim toga postoji power bus, koji ima žice i kola interfejsa za povezivanje PC jedinica na sistem napajanja.

PC magistrale karakterišu dva glavna parametra - dubina bita i brzina prenosa. digitalni signali. Bitna širina sabirnice podataka je posebno važna - ona mora odgovarati širini bita mikroprocesora.

Svi eksterni uređaji, odnosno njihovi I/O portovi, povezani su na sabirnicu na isti način preko odgovarajućih objedinjenih konektora (spojnica): direktno ili preko kontroleri (adapteri). Sistemsku sabirnicu kontroliše mikroprocesor direktno ili preko dodatnog čipa - bus kontroler, generiranje glavnih kontrolnih signala.

Glavna memorija. Dizajniran je za pohranjivanje i brzu razmjenu informacija sa drugim jedinicama mašine. Glavna memorija uključuje dvije vrste uređaja za pohranu: memoriju samo za čitanje (ROM) i memoriju sa slučajnim pristupom (RAM).

ROM je obično u obliku čipa zalemljenog u matičnu ploču i ne može se zamijeniti. Informacije snimljene u ROM-u korisnik ne može mijenjati, što se dobro odražava u engleskoj verziji njenog naziva Read Only Memory - memorija samo za čitanje. Ova memorija pohranjuje programe za testiranje glavnih komponenti računara, pokretanje učitavanja operativni sistem i održavanje operacija unosa i izlaza podataka. Ovi programi su, takoreći, trajno "uvezani" u ROM.

RAM memorija je dizajnirana za skladištenje informacija (programa i podataka) direktno uključenih u računarski proces u trenutnoj fazi rada računara. RAM - volatile memorija: kada se napajanje isključi, informacije pohranjene u njemu se gube (za više detalja, pogledajte odjeljak 3).

Eksterna memorija. Koristi se za dugotrajno skladištenje svih informacija koje bi ikada mogle biti potrebne za rješavanje problema. Konkretno, sve je pohranjeno u vanjskoj memoriji softver kompjuter. Eksterna memorija uključuje različite vrste uređaja za pohranu (uređaji za pohranu na kasetu magnetne trake (strimeri), pogoni na optički diskovi(CD-ROM)), ali najčešći, dostupni na gotovo svakom računaru, su hard disk (HDD) i flopi disk drajv (FLMD). Svrha ovih drajvova je pohranjivanje velikih količina informacija, snimanje i oslobađanje pohranjenih informacija na zahtjev u memorijski uređaj sa slučajnim pristupom (za više detalja pogledajte odjeljak...).

Power unit. Ovo je blok (slika 4) koji sadrži autonomne i mrežne sisteme napajanja za računare. Napajanje obavlja dvije kritične funkcije: osigurava stabilizirani napon svim komponentama sistema i hladi unutrašnjost računara.

Tajmer. Ovo su u mašini Digitalni sat, omogućavajući, po potrebi, automatsko snimanje trenutnog trenutka u vremenu (godina, mjesec, sati, minute, sekunde i dijelovi sekundi). Tajmer je povezan na autonomni izvor napajanja - bateriju i nastavlja raditi kada je mašina isključena iz mreže.

Vanjski (periferni) uređaji. Ispod periferni razumije svaki uređaj koji je strukturno odvojen od centralnog dijela PC-a (mikroprocesora i glavne memorije), ima vlastitu kontrolu i izvršava zahtjeve mikroprocesora bez njegove direktne intervencije.

Po namjeni se mogu razlikovati sljedeći vanjski PC uređaji:

Uređaji za unos informacija;

Uređaji za izlaz i prikaz informacija;

Pokazivački uređaji (manipulatori, uređaji za upravljanje);

Komunikacioni i telekomunikacioni uređaji.

TO ulazni uređaji vezati:

Tastatura – uređaj za ručno unošenje tekstualnih, numeričkih i kontrolnih informacija u računar (za više detalja pogledajte odeljak...);

Skener - uređaj za automatsko čitanje tekstova, grafikona, slika, crteža sa papira ili drugog medija i njihovo prenošenje u digitalni (kompjuterski) oblik u PC (više detalja pogledajte u odeljku...);

- grafički tablet (digitajzer) - uređaj za ručni unos grafičkih (rjeđe tekstualnih) informacija i slika. Grafički tablet– to su dva uređaja – sam tablet i olovka. Sa posebnog tableta opremljenog osjetljivom površinom koja reagira na signale koje emituje olovka, tačne koordinate "kontaktne tačke" se prenose na računar. Olovka, kada je u kontaktu sa tabletom, emituje posebne signale koji joj govore kojom bojom treba nacrtati ovaj ili onaj element na računaru, koliko debeo potez treba da bude itd. Koriste ga kompjuterski umjetnici i dizajneri.

Ekrani na dodir– uređaji za unos pojedinačnih elemenata slike, programa ili komandi sa podeljenog ekrana u računar;

Digitalni fotoaparati. Po izgledu se ne razlikuju previše od običnih fotoaparata, a proizvode ih iste kompanije koje proizvode obične kamere. Razlika je u tome što digitalni fotoaparat umjesto filma koristi poseban memorijski element koji pohranjuje sliku prenesenu sa objektiva kao nekomprimiranu (TIFF) ili komprimiranu datoteku s određenim gubitkom kvaliteta (JPEG kompresija). Dobijeni fajl se kasnije prenosi na računar, a zatim se može obraditi u bilo kom grafički editor i, ako je potrebno, odštampajte je kao običnu fotografiju na posebnom štampaču. U ovu grupu uređaja za unos informacija spadaju i digitalne video kamere i Mobiteli;

Mikrofoni su uređaji koji percipiraju zvuk u analognom obliku. Da bi kompjuter snimio takve signale na magnetne diskove i obradio ih, signali se moraju konvertovati iz analognog u digitalni oblik. To se postiže pomoću posebnog uređaja - analogno-digitalnog pretvarača (ADC);

MIDI tastatura (MIDI - Musical Instrument Digital Interface) je uređaj koji se povezuje na zvučnu karticu. Za razliku od sintisajzera, MIDI klavijatura sama po sebi nije u stanju da proizvodi zvuk: ona je lišena bilo kakvog "punjenja" za stvaranje zvuka. Ova uloga je data zvučnoj kartici. Uloga takve klavijature je da daje komande ugrađenom sintisajzeru: koju notu koliko trajanja i na kojem instrumentu kompjuter treba da svira. Elementi MIDI tastature: sama tastatura je pojednostavljena kopija klavira; kontrole alata koje vam omogućavaju da prebacite tastaturu da simulirate bilo koju od onih u vašem arsenalu zvučna kartica alata.

TO uređaji za izlaz i prikaz informacija vezati:

Monitor (displej) – uređaj za prikazivanje teksta i grafičke informacije bez njegove dugotrajne fiksacije (za više detalja pogledajte odjeljak...);

Štampač je uređaj koji prenosi podatke sa računara na papir u lako čitljivom obliku. Štampači vam omogućavaju da dobijete štampanu kopiju dokumenta. Najčešći tipovi štampača su: matrični štampači (udarni i termalni štampači), inkjet štampači sa tintom za bojenje, laserski štampači, elektrografskom metodom formiranja slike (za više detalja pogledajte odjeljak...);

Ploteri (ploteri) su uređaji za ispisivanje grafičkih informacija (grafova, crteža, crteža) sa računara na papir. Koriste se u kompjuterskom projektovanju;

Slušalice, zvučnici – uređaji za izlaz zvučnih informacija.

TO pokazivački uređaji vezati:

Miš je uređaj dizajniran za rad u okruženju sa grafički interfejs korisnik;

Trakball je uređaj koji obavlja funkcije slične mišu, za razliku od kojeg se ne kreće tijelo, već samo lopta;

Džojstik vam omogućava da pomerate kursor na ekranu u jednom od četiri smera. Koristi se za interakciju sa programi za igre;

Komunikacioni i telekomunikacioni uređaji koriste se za komunikaciju sa instrumentima i drugom opremom za automatizaciju i za povezivanje računara na komunikacione kanale, na druge računare i računarske mreže. To uključuje:

Modem (od riječi modulacija-demodulacija) je uređaj dizajniran za povezivanje računala na analogne linije telefonska komunikacija. Omogućava kroz obične telefonska linija rad na internetu. Modem obavlja sljedeće funkcije: prilikom odašiljanja, pretvara digitalni kod u analogne signale; prilikom prijema, filtrira primljeni signal od smetnji, tj. reverzna konverzija analognog signala u digitalni kod;

Mrežni adapter je eksterno sučelje računara i služi za povezivanje sa komunikacionim kanalom za razmenu informacija sa drugim računarima, za rad kao deo računarsku mrežu osigurati prijenos informacija sa kompjutera u komunikacijsko okruženje;

Multiplekser za prenos podataka je višekanalni uređaj za povezivanje računara sa više komunikacionih kanala.

Osnovna konfiguracija računara

Strukturno, računari su napravljeni u obliku centralne sistemske jedinice, na koju su eksterni uređaji povezani preko konektora: dodatni memorijski uređaji, tastatura, ekran, štampač itd.

Sistemska jedinica obično uključuje sistemska ploča, napajanje, disk jedinice, konektori za dodatne uređaje i kartice za proširenje sa kontrolerima - adapterima eksternih uređaja.

On sistemska ploča(češće nazivan matična ploča – matična ploča), po pravilu, nalaze se:

mikroprocesor;

Matematički koprocesor;

Clock generator;

Blokovi (čipovi) RAM-a i ROM-a;

Adapteri za tastaturu, HDD i HDD;

Tajmer itd.

CPU

Mikroprocesor(MP) (centralni procesor - Central Processing Unit (CPU)) je funkcionalno kompletan softverski kontrolisan uređaj za obradu informacija, napravljen u obliku jednog ili više velikih ili ultra velikih integrisanih kola. Procesor je „mozak“ računara. Rešava sve opšte računarske probleme i koordinira rad memorije, video adaptera, disk drajvova i ostalih komponenti sistema. Procesor je izuzetno složen čip koji je povezan direktno sa matičnom pločom na većini računara, ali se ponekad instalira na matičnu ploču, koja je zauzvrat povezana sa matičnom pločom preko specijalizovanog slota.

MP obavlja sljedeće funkcije:

Čitanje i dešifriranje naredbi iz glavne memorije;

Čitanje podataka iz glavne memorije i registara adaptera eksternog uređaja;

Primanje i obrada zahtjeva i naredbi od adaptera za servisiranje vanjskih uređaja;

Obrada podataka i njihovo upisivanje u glavnu memoriju i registre adaptera eksternih uređaja;

Generisanje kontrolnih signala za sve ostale PC čvorove i blokove.

Širina MP magistrale podataka određuje širinu računara kao celine; Širina MP adresne magistrale je njen adresni prostor.