Opis uređaja i principa rada računala. Računalni uređaj. Od čega se sastoji računalo? Trajna CMOS memorija

Računalo je tehnička sredstva transformacija informacija, čija je osnova ista načela obrade električnih signala kao u bilo kojem elektroničkom uređaju:

  1. ulazne informacije predstavljene različitim fizičkim procesima, električne i neelektrične prirode (slova, brojke, zvučni signali itd.), pretvara se u električni signal;
  2. signali se obrađuju u jedinici za obradu;
  3. Pomoću pretvarača izlaznog signala obrađeni signali se pretvaraju u neelektrične signale (slike na ekranu).

Svrha računala je obraditi razne vrste informacija i prikazati ih u obliku pogodnom za čovjeka.

S funkcionalnog gledišta, računalo je sustav koji se sastoji od 4 glavna uređaja koji obavljaju određene funkcije: uređaj za pohranu podataka ili memoriju, koja je podijeljena na operativnu i trajnu, aritmetičko-logičku jedinicu (ALU), upravljački uređaj (CU). ) i ulazni uređaj, izlaz (UVV). Razmotrimo njihovu ulogu i svrhu.

Uređaj za pohranjivanje podataka (memorija) namijenjen je pohranjivanju informacija i programskih naredbi u računalu. Informacije koje su pohranjene u memoriji su brojevi, simboli, riječi, naredbe, adrese itd. kodirani pomoću 0 i 1.

Zapisivanjem broja u memoriju mislimo na stavljanje tog broja u ćeliju na određenoj adresi i pohranjivanje tamo dok ga ne dohvati programska naredba. Prethodne informacije koje su bile u ovoj ćeliji prebrisane su. Kod programiranja, na primjer, u Pascalu ili C-u, adresa ćelije pridružuje se nazivu varijable, koji je predstavljen kombinacijom slova i brojeva po izboru programera.

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

Prosljeđivanje informacija znači da se informacije čitaju iz jedne ćelije i zapisuju u drugu.

Adresa ćelije se generira u upravljačkom uređaju (CU), zatim ulazi u uređaj za uzorkovanje adresa, koji se otvara informacijski kanal i povezuje željenu ćeliju.

Brojevi, simboli, naredbe pohranjeni su u memoriji na ravnopravnoj osnovi i imaju isti format. Vrsta podataka nije bitna ni za memoriju ni za samo računalo. Vrste se razlikuju samo kada podatke obrađuje program. Duljina ili bitna dubina ćelije određena je brojem binarnih znamenki (bitova). Svaki bit može sadržavati 1 ili 0. In moderna računala Duljina ćelije je višekratnik 8 bita i mjeri se u bajtovima. Minimalna duljina ćelije za koju se može generirati adresa je 1 bajt, koji se sastoji od 8 bitova.

Za karakterizaciju memorije koriste se sljedeći parametri:

  1. kapacitet memorije – najveća količina pohranjenih informacija u bajtovima;
  2. 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 provesti pomoću operacije zbrajanja.

Složen logički problem rastavlja se na više jednostavni zadaci, gdje je dovoljno analizirati samo dvije razine: DA i NE.

Upravljački uređaj (CU) kontrolira cjelokupni tijek računskog i logičkog procesa u računalu, tj. obavlja funkcije “kontrolora prometa” informacija. Upravljačka jedinica čita naredbu, dešifrira je i povezuje potrebne sklopove za njezino izvršenje. Sljedeća naredba se čita automatski.

Zapravo, upravljačka jedinica izvodi sljedeći ciklus radnji:

  1. generiranje adrese sljedeće naredbe;
  2. čitanje naredbe iz memorije i njeno dekodiranje;
  3. izvršenje naredbe.

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

OPĆA NAČELA ORGANIZACIJE I RADA RAČUNALA

Što je računalo

Računalo je programabilan elektronički uređaj sposoban za obradu podataka i izvođenje izračuna, kao i za izvođenje drugih zadataka manipulacije simbolima.

Postoje dvije glavne klase računala:

digitalna računala, obrada podataka u obliku numeričkih binarnih kodova;

analogna računala, obrada kontinuirano promjenjivih fizikalnih veličina (električni napon, vrijeme itd.), koje su analogne izračunatim veličinama.

Danas je velika većina računala digitalna.

Princip rada računala je izvršavanje programa (Softver) – unaprijed određeno, jasno određene sekvence aritmetičke, logičke i druge operacije.

Bilo koje kompjuterski program je niz pojedinačnih naredbi.

Tim je opis operacije koju računalo mora izvesti. U pravilu, naredba ima svoj kod ( simbol), izvorni podaci (operandi) i rezultat.

Rezultat naredbe generira se prema pravilima točno definiranim za ovu naredbu, ugrađenim u dizajn računala.

Skup naredbi koje izvršava određeno računalo naziva se sustav zapovijedanja ovo računalo.

Računala rade vrlo velikim brzinama, u rasponu od milijuna do stotina milijuna operacija u sekundi.

U svakom se računalu može razlikovati sljedeće: glavni uređaji:

memorija(memorijski uređaj - memorija), koji se sastoji od prenumeriranih ćelija;

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

ulazni uređaj;

izlazni uređaj.

Ovi uređaji su povezani komunikacijski kanali preko kojih se prenose informacije. Glavni uređaji računala i veze između njih prikazani su na dijagramu (slika 1). Tanke strelice prikazuju putove i smjerove protoka informacija, a debele strelice pokazuju putove i smjerove prijenosa upravljačkih signala.

Memorijske funkcije:

– primanje informacija s drugih uređaja;

– pamćenje informacija;

– davanje informacija na zahtjev drugim uređajima stroja.

Riža. 1. Opći računalni dijagram

Funkcije procesora:

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

– programsko upravljanje radom računalnih uređaja.

Dio procesora koji izvršava instrukcije naziva se aritmetičko-logički uređaj(ALU), a njegov drugi dio, koji obavlja funkcije upravljanja uređajem, je upravljački uređaj(UU).

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

Procesor sadrži brojne specijalizirane dodatne memorijske ćelije tzv registri. Registar ima funkciju kratkotrajne pohrane broja ili naredbe. Elektronički sklopovi mogu izvoditi manipulacije nad sadržajem nekih registara, na primjer, "rezati" određene dijelove instrukcija za kasniju upotrebu ili obavljati određene aritmetičke operacije s brojevima. Glavni element registra je elektronički sklop tzv okidač, koji može pohraniti jednu binarnu znamenku (bit). Registar je zbirka okidača međusobno povezanih na određeni način zajednički sustav upravljanje.

Postoji nekoliko vrsta registara, koji se razlikuju po vrsti operacija koje se izvode. Neki registri imaju vlastita imena, na primjer:

guja– ALU registar koji obavlja zbrajanje binarnih brojeva;

brojač programa– registar CU, čiji sadržaj odgovara adresi sljedeće izvršene naredbe; služi za automatski odabir programa iz uzastopnih memorijskih ćelija;

registar naredbi– registar CU za pohranjivanje šifre naredbe za vrijeme potrebno za njezino izvršenje. Neki od njegovih bitova koriste se za pohranu kod operacije, ostalo je za skladištenje adresni kodovi operanda.

Principi rada računala

Konstrukcija velike većine računala temelji se na sljedećim općim principima koje je 1945. formulirao američki znanstvenik John von Neumann.

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

Dohvaćanje programa iz memorije vrši se pomoću brojač programa.Ovaj registar procesora sekvencijalno povećava adresu sljedeće instrukcije koja je u njemu pohranjena za duljinu instrukcije. A budući da se programske naredbe nalaze u memoriji jedna za drugom, lanac naredbi je time organiziran od sekvencijalno smještenih memorijskih ćelija. Ako nakon izvršenja naredbe ne morate prijeći na sljedeću, već na neku drugu, koristite naredbe uvjetna ili bezuvjetni prijelaz, koji u programski brojač unose broj memorijske ćelije u kojoj se nalazi sljedeća naredba. Dohvaćanje naredbi iz memorije prestaje nakon dostizanja i izvršenja naredbe stop.

Tako, procesor automatski izvršava program, bez ljudske intervencije.

2.Načelo homogenosti memorije. Programi i podaci pohranjeni su u istoj memoriji, tako da računalo ne razlikuje što je pohranjeno u određenoj memorijskoj ćeliji - broj, tekst ili naredba. Na naredbama možete izvoditi iste radnje kao i na podacima.

To otvara cijeli niz mogućnosti. Na primjer, program se također može revidirati tijekom njegovog izvođenja, koji vam omogućuje postavljanje pravila za dobivanje nekih njegovih dijelova u samom programu (ovako je organizirano izvršavanje ciklusa i potprograma u programu).

Štoviše, naredbe iz jednog programa mogu se dobiti kao rezultati izvođenja drugog programa. Na temelju ovog načela metode prevođenja– prijevod programskog teksta s programskog jezika visoke razine na jezik određenog stroja.

3. Načelo ciljanja. Strukturno, glavna memorija sastoji se od prenumeriranih ćelija. Bilo koja ćelija dostupna je procesoru u bilo kojem trenutku.

To podrazumijeva mogućnost imenovanja memorijskih područja tako da se vrijednostima pohranjenim u njima kasnije može pristupiti ili promijeniti tijekom izvođenja programa koristeći dodijeljena imena.

Računala izgrađena na gore navedenim principima su tipa von Neumanna Ali postoje računala koja su bitno drugačija od von Neumannovih. Za njih se, na primjer, ne može slijediti princip programske kontrole, tj. mogu raditi bez programskog brojača koji pokazuje programsku naredbu koja se trenutno izvršava. Za pristup bilo kojoj varijabli pohranjenoj u memoriji, ova računala joj ne moraju dati ime. Takva se računala nazivaju ne von Neumanna.

Naredba i njeno izvršenje

Naredba je opis elementarne operacije koju računalo mora izvesti.

Općenito, naredba sadrži sljedeće informacije:

kodirati operacija koja se izvodi;

– smjernice za definiranje operandi(ili njihove adrese);

– upute za stavljanje primljenog proizlaziti.

Ovisno o broju operanda, naredbe su:

– unicast;

– dvoadresni;

– troadresni;

– varijabla-adresa.

Naredbe se pohranjuju u memorijske ćelije u binarnom kodu.

U modernim računalima varijabla duljine naredbe(obično dva do četiri bajta), a načini navođenja adresa varijabli vrlo su 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 zbrajanja(engleski add - dodatak), u ovom slučaju, umjesto digitalnih kodova i adresa, koristit ćemo simbole.

1. Unicast naredbadodaj x(sadržaj ćelije x zbrajati sa sadržajem zbrajala, a rezultat ostaviti u zbrajalu):

2. Dvoadresna naredbadodati x, y(sadržaj ćelije x I na dodati i smjestiti rezultat u ćeliju na):

3. Naredba s tri adresezbroji x, y, z(sadržaj ćelije x dodati sa sadržajem ćelije g, stavite iznos u ćeliju z).

Da bismo razumjeli principe rada računala, prvo ćemo pobliže pogledati najuobičajeniju i jednostavniju strukturu osobnog računala ili PC-a. Glavna razlika osobno računalo od velikih strojeva, ili takozvanih mainframeova, je da dopušta samo jednom korisniku korištenje njegovih resursa u isto vrijeme. Čini se da bi takvo računalo trebalo raditi isključivo u jednoprogramskom načinu rada, tj. izvrši jedan trenutni program, ali to nije slučaj. Takvo računalo može istovremeno izvršavati nekoliko programa - obradu, ispisivanje rezultata, preuzimanje, traženje informacija na mreži itd. Osim toga, mnogi "osobni" strojevi koriste se kao poslužitelji na mreži i prestali su davati svoje resurse (tj. hardver i softver) isključivo jednom korisniku; Resurse takvih poslužitelja može koristiti više korisnika istovremeno.

Struktura samog računala neznatno se mijenjala tijekom čitavog postojanja strojeva. Još uvijek se gradi na bazi von Neumannovi modeli, u svakom slučaju, njegova glavna memorija sastoji se od pojedinačnih ćelija s rednim brojevima (ili "adresama"), u kojima se mogu pohraniti i šifre pojedinačnih instrukcija (programa) i podaci. Međutim, tehnološki napredak doveo je do integracije nekoliko čvorova i uređaja u jedan čip.

Računalni ciklus

Pojednostavljena struktura računala 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 stroj (UVv) i uređaj za ispis rezultata izračuna (UVv). [Prva računala, često nazivana strojevima prve generacije, imala su ovu strukturu.]

Osim navedenih komponenti, svako računalo ima ručnu upravljačku ploču dizajniranu za uključivanje stroja i praćenje njegovog ispravnog rada. [Sada je uobičajeno zvati aritmetičko-logički uređaj s odgovarajućim upravljačkim krugovima procesor, sklopovi za upravljanje i povezivanje perifernih uređaja - kontrolera i adaptera, a informacije se između blokova računala prenose preko sabirnica sučelja.]

Kontrolni uređaj

Ulazni uređaj

Izlazni uređaj

Operativno

nezaboravan

uređaj

Aritmetičko-logičko

uređaj

Slika 1.1 Pojednostavljena struktura računala

Aritmetičko-logička jedinica je dizajnirana za izvođenje aritmetičkih i logičkih operacija nad riječima stroja, tj. šifre koje se nalaze u memoriji i ulaze u ALU za obradu. Osim toga, obavlja razne operacije upravljanja računanjem.

Memorija s izravnim pristupom ili memorija s izravnim pristupom pohranjuje kodove za strojne riječi (naredbe i podatke) u svoje "ćelije". Ove ćelije su numerirane, a broj ćelije je pozvan adresa. [Memorija računala obično sadrži samo upute i podatke.] Stroj koristi informacije pohranjene u RAM-u da organizira računalni proces. Informacije ulaze u RAM iz ulaznog uređaja ili iz vanjska memorija(nije prikazano na slici). Vanjska memorija omogućuje pohranjivanje velikih količina informacija, ali je sporija od RAM-a. Tijekom cijelog 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 vanjske memorije (ERAM), prije sudjelovanja u obradi, moraju se prvo prepisati u RAM.

Kontrolni uređaj (CU) se koristi za automatsku kontrolu procesa računanja; generira upravljačke signale za sve računalne uređaje, pretvarajući programske naredbe u upravljačke signale. Kao što je već navedeno, ako je upravljački čvor kombiniran s ALU, tada se takav kombinirani uređaj često naziva središnja 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, i raznih ulaznih i izlaznih uređaja (ili perifernih uređaja) putem sabirnice (često se naziva "zajednička sabirnica" ili CO) , vidi sliku 1.2. Ova zajednička sabirnica sastoji se od nekoliko "podsabirnica": adresa, podaci i kontrola. Često ćemo ih jednostavno nazvati gumama. Štoviše, u osobnim strojevima, radi uštede prostora na matičnoj ploči (tj. ploči na kojoj se nalaze procesor, memorija i priključci za povezivanje perifernih uređaja), adresne i podatkovne sabirnice ponekad se izrađuju u obliku jedne vremenski odvojene autobus; tada se adresa i podaci prenose samo jedan po jedan.

Slika 1.2 Središnji dio stroja

Uz CPU i OP, računalo sadrži mnoge druge uređaje dizajnirane za komunikaciju s vanjskim svijetom (ljudi, kontrolni objekti, itd.). Kao što je već navedeno, ti se uređaji nazivaju perifernim (ili vanjskim) i povezani su s OS-om pomoću kontrolera, adaptera, sabirničkih mostova itd.

U osobnom računalu (a u novije vrijeme i u drugim vrstama računala) glavna memorija sastoji se od dva dijela - memorije samo za čitanje (ROM) i memorije s izravnim pristupom (RAM). Program je po modernim standardima pohranjen u vrlo maloj trajnoj memoriji [doseže nekoliko megabajta]. bootstrap pod nazivom BIOS (Basic Input-Output System). Ove informacije su "uvezane" u memoriju, tj. pohranjuje se trajno. RAM ne sadrži nikakve informacije kada je računalo uključeno. Kada je uključen, šalje se signal svim blokovima kako bi se postavili na početno "nulto" stanje; tada se počinju formirati taktni impulsi i računalo počinje raditi.

Da biste razumjeli kako računalo radi, morate znati od kojih se elemenata sastoji, tj. što je okidač, brojač, registar, logički sklop itd. Možete saznati više o tome kako sve ove komponente rade u sljedećim odjeljcima knjige. Ovdje ćemo dati samo osnovnu ideju ovih komponenti. Okidač je elektronički sklop koji može biti u jednom od dva stabilna stanja "0" i "1". Vanjski signali mogu se koristiti za prebacivanje okidača iz jednog stanja u drugo. Registar– to je nekoliko okidača povezanih na određeni način, tj. Možete zapisati binarnu riječ u registar, pročitati je, pomaknuti, preokrenuti. Brojač omogućuje određivanje broja primljenih signala. Također je izgrađen na temelju okidača. Logički sklop implementira određenu logičku funkciju, tj. generira izlazni signal za određene kombinacije signala na svojim ulazima.

Sada nastavimo razmatrati rad jednostavnog računala. Sadržaj programskog brojača (SchK; naziva se i IP - instruction pointer) procesora prenosi se adresnom sabirnicom u adresni registar (PrA) glavne memorije (slika 1.3). Kada je računalo uključeno, brojač programa uvijek sadrži istu početnu adresu. Stoga se traži sadržaj memorijske ćelije s ovom početnom adresom koja pripada BIOS-u. Tipično, ova ćelija sadrži kod za bezuvjetnu instrukciju skoka, koja se koristi za promjenu sadržaja programskog brojača. Sadržaj ćelije, tj. šifra ove naredbe prenosi se u registar naredbi (RgK) procesora preko podatkovne sabirnice OSH. Sadržaj memorijske ćelije stiže u PgK, budući da se “zahtjev” za memoriju vrši iz programskog brojača; Ovo je obavezan uvjet za svako tradicionalno računalo.

Registar procesora PgK se pak sastoji od nekoliko registara - registra kodova operacija (OpCOP) i registara adresa procesora (PgAP). Dio riječi (sadržaj OP ćelije kojoj se pristupilo), koji se nalazi u registru kodova operacija, prenosi se u upravljačku jedinicu (CU), koja generira niz upravljačkih signala.

Kada se izvrši naredba bezuvjetnog skoka, drugi "adresni" dio riječi, koji završi u jednom od adresnih registara procesora, ponovno se prenosi u programski brojač pod kontrolom signala iz upravljačke jedinice. Ova naredba je jednosmjerna - tj. njegov "adresni" dio sadrži samo jednu adresu. Time je izvršenje dovršeno. Upravljačka jedinica generira signal o završetku izvršenja naredbe, a sadržaj CC ponovno se prenosi u memoriju RgA, tj. traži se sljedeća naredba.

R

RgKOP RgAP

gk

Slika 1.3 Prijenos naredbi iz OP-a u CPU

Dakle, postupak pristupa memoriji se ponavlja. Sadržaj memorijske ćelije kojoj se ponovno pristupa smatra se novom instrukcijom, tj. ponovno učitan na RgK procesor. Obično se druga naredba koristi za početak učitavanja RAM-a s magnetskog diska; to više nije bezuvjetna naredba za skok. Kada se ova naredba izvrši pod kontrolom operacijskog koda (dio naredbe koji ide u PrKOP), generiraju se drugi upravljački signali, a sadržaj prvog registra PrgAP, koji je dio PrK, prenosi se u adresni registar. memorije i smatraju se adresom prvog operanda.

Za RAM je svejedno odakle je zahtjev došao - iz programskog brojača ili iz adresnog registra, pa se u podatkovnom registru memorije riječ formira na isti način kao i prije. Međutim, budući da je “zahtjev” za ovom riječi došao iz PgAP adresnog registra, u procesoru se ona stavlja u prvi podatkovni registar aritmetičke jedinice (ALU). Zatim kontrolna jedinica generira slične signale za prijenos sadržaja drugog PrAP-a u RgA memoriju; Kao rezultat toga, sadržaj memorijske ćelije s adresom koja se nalazi u PgAP-u prenosi se u drugi registar podataka aritmetičkog uređaja.

Zatim upravljačka jedinica generira signale ovisno o kodu operacije u PrKOP-u, šalje ih ALU-u, koji izvodi odgovarajuću operaciju, a njen rezultat se stavlja u izlazni registar akumulatora. Nakon toga se sadržaj registra akumulatora prenosi u memorijsku ćeliju čija se adresa obično nalazi u prvom PrAP-u, tj. obavlja se još jedan poziv OP-u. Sadržaj registra akumulatora prenosi se na podatkovnu sabirnicu, a adresa ćelije iz RgAP-a prenosi se na adresnu sabirnicu. [Ovisno o dizajnu stroja, broju adresa u naredbi koja se izvršava (adresabilnost) i nizu drugih značajki, sadržaj registra akumulatora može se pohraniti u njemu i prenijeti u OP ćeliju na adresi koja se nalazi u prvi ili drugi RgAP.]

Nakon spremanja sadržaja registra akumulatora, duljina trenutne naredbe u bajtovima dodaje se brojaču naredbi SchK (često zvan “jedan”) za pristup sljedećoj memorijskoj ćeliji i započinje novi ciklus izvršavanja sljedeće naredbe.

Dakle, izvršavanje programa se odvija sekvencijalno: svaki put kada se samo jedna naredba implementira u stroj, koja završava u registru naredbi iz OP-a. Ali da biste povećali performanse računala, trebate 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 računalo - CPU, OP, sabirnice sučelja, ulazno-izlazne uređaje. Ali povećanje brzine izvršavanja naredbi je fundamentalno ograničeno - brzina širenja signala u stroju ne može biti veća od brzine svjetlosti, a duljina puta određena je brojem vrata i korištenom tehnologijom. Drugi način, koji se sastoji u paralelnom izvršavanju nekoliko naredbi, najviše obećava. Međutim, on također ima niz ograničenja, koja ćemo razmotriti u nastavku.

Osobno računalo je univerzalni tehnički sustav.

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

Međutim, postoji koncept osnovne konfiguracije koji se smatra tipičnim. Računalo obično dolazi s ovim priborom.

Koncept osnovne konfiguracije može varirati.

Trenutno se u osnovnoj konfiguraciji razmatraju četiri uređaja:

  • jedinica sustava;
  • monitor;
  • tipkovnica;
  • miš.

Uz računala osnovne konfiguracije, sve su češća multimedijska računala opremljena CD čitačem, zvučnicima i mikrofonom.

Referenca: "Yulmart", daleko najbolji i pogodan internet trgovina gdje besplatno Dobit ćete savjete pri kupnji računala bilo koje konfiguracije.

Sistemska jedinica je glavna jedinica unutar koje se ugrađuju najvažnije komponente.

Unutrašnji uređaji jedinica sustava, nazivaju se unutarnjim, a uređaji spojeni na njega izvana nazivaju se vanjskim.

Vanjski dodatni uređaji namijenjeni za unos, izlaz i dugotrajnu pohranu podataka nazivaju se i perifernim uređajima.

Kako radi jedinica sustava

Po izgled jedinice sustava razlikuju se po obliku kućišta.

Kućišta za osobna računala proizvode se 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 vodoravni dizajn postoje ravna i posebno ravna (slim).

Odabir jedne ili druge vrste kućišta određen je ukusom i potrebama nadogradnje računala.

Najoptimalniji tip kućišta za većinu korisnika je mini tower kućište.

Malih je dimenzija i može se jednostavno postaviti na radnu površinu, na noćni ormarić blizu radne površine ili na poseban držač.

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

Osim oblika, za kućište je bitan i parametar koji se zove form factor o kojem ovise zahtjevi za uređaje koji se postavljaju.

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

Faktor forme kućišta mora biti u skladu s faktorom forme glavne (sustavne) ploče računala, takozvane matične ploče.

Kućišta osobnih računala opremljena su napajanjem pa je snaga napajanja također jedan od parametara kućišta.

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

Sistemska jedinica uključuje (može primiti):

Matična ploča

Matična ploča (matična ploča) - glavna ploča osobnog računala, koja je list od stakloplastike prekriven bakrenom folijom.

Jetkanjem folije dobivaju se tanki bakreni vodiči koji spajaju elektroničke komponente.

Na matična ploča nalaze se:

  • procesor - glavni čip koji obavlja većinu matematičkih i logičkih operacija;
  • sabirnice - skupovi vodiča kroz koje se razmjenjuju signali između unutarnjih uređaja računala;
  • memorija s izravnim pristupom (memorija s izravnim pristupom, RAM) - skup čipova dizajniranih za privremeno pohranjivanje podataka kada je računalo uključeno;
  • ROM (memorija samo za čitanje) je čip dizajniran za dugotrajnu pohranu podataka, uključujući i kada je računalo isključeno;
  • mikroprocesorski komplet (chipset) - skup čipova koji upravljaju radom unutarnjih uređaja računala i određuju osnovnu funkcionalnost matične ploče;
  • konektori za spajanje dodatni uređaji(utori).

(mikroprocesor, središnja procesorska jedinica, CPU) - glavni računalni čip u kojem se izvode svi proračuni.

Radi se o velikom čipu koji se lako može pronaći na matičnoj ploči.

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

Strukturno, procesor se sastoji od ćelija u kojima se podaci mogu ne samo pohranjivati, već i mijenjati.

Unutarnje ćelije procesora nazivaju se registri.

Također je važno napomenuti da se podaci koji se nalaze u nekim upisnicima ne smatraju podacima, već uputama koje kontroliraju obradu podataka u drugim upisnicima.

Među procesorskim registrima postoje oni koji, ovisno o sadržaju, mogu modificirati izvođenje naredbi. Dakle, kontroliranjem slanja podataka u različite registre procesora, možete kontrolirati obradu podataka.

Na tome se temelji izvođenje programa.

Procesor je s ostalim uređajima računala, a prvenstveno s RAM-om, povezan pomoću nekoliko skupina vodiča koji se nazivaju sabirnice.

Postoje tri glavne sabirnice: podatkovna sabirnica, adresna sabirnica i naredbena sabirnica.

Adresna sabirnica

Intel Pentium procesori (naime, oni su najčešći u osobnim računalima) imaju 32-bitnu adresnu sabirnicu, odnosno sastoji se od 32 paralelne linije. Ovisno o tome postoji li napon na nekom od vodova ili ne, kažu da je taj vod postavljen na jedinicu ili nulu. Kombinacija 32 nule i jedinice tvori 32-bitnu adresu koja pokazuje na jednu od RAM ćelija. Na njega je povezan procesor koji kopira podatke iz ćelije u jedan od njezinih registara.

Sabirnica podataka

Ova sabirnica kopira podatke iz RAM-a u registre procesora i natrag. U računalima izgrađenim na procesorima Intel Pentium, podatkovna sabirnica je 64-bitna, odnosno sastoji se od 64 linije, duž kojih se odjednom prima 8 bajtova za obradu.

Komandna sabirnica

Kako bi procesor mogao obraditi podatke, potrebne su mu instrukcije. Mora znati što učiniti s bajtovima pohranjenim u svojim registrima. Ove naredbe također dolaze u procesor iz RAM-a, ali ne iz onih područja gdje su pohranjeni nizovi podataka, već iz mjesta gdje su pohranjeni programi. Naredbe su također predstavljene u bajtovima. Najjednostavnije naredbe stanu u jedan bajt, ali postoje i one koje zahtijevaju dva, tri ili više bajtova. U većini moderni procesori 32-bitna naredbena sabirnica (na primjer, in Intelov procesor Pentium), iako postoje 64-bitni procesori, pa čak i 128-bitni.

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

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

Skup svih mogućih instrukcija koje procesor može izvršiti nad podacima čini tzv. sustav procesorskih instrukcija.

Glavni parametri procesora su:

  • radni napon
  • dubina bita
  • frekvencija radnog takta
  • interni množitelj takta
  • veličina predmemorije

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

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

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

U zidnom satu, ciklusi oscilacija postavljaju se njihalom; kod ručnih mehaničkih satova podešavaju se opružnim njihalom; U tu svrhu elektronički satovi imaju oscilatorni krug koji podešava cikluse sata na strogo određenu frekvenciju.

U osobnom računalu, impulse takta postavlja jedan od mikro krugova uključenih u komplet mikroprocesora (čipset) koji se nalazi na matičnoj ploči.

Što je viša frekvencija takta koja dolazi do procesora, što više naredbi može izvršiti po jedinici vremena, to je veća njegova izvedba.

Razmjena podataka unutar procesora odvija se nekoliko puta brže od razmjene s drugim uređajima, poput RAM-a.

Kako bi se smanjio broj pristupa RAM-u, unutar procesora se stvara međuspremnik - takozvana cache memorija.To je poput "super-RAM-a".

Kada procesor treba podatke, prvo pristupa cache memoriji, a tek ako tamo nema potrebnih podataka, pristupa RAM-u.

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

Uspješni pristupi cache memoriji nazivaju se cache hitovi.

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

Predmemorija je često raspoređena na nekoliko razina.

Predmemorija prve razine radi na istom čipu kao i sam procesor i ima volumen reda desetaka kilobajta.

L2 predmemorija je ili na procesorskoj matrici ili na istom čvoru kao i procesor, iako se izvršava na zasebnoj matrici.

Predmemorije prve i druge razine rade na frekvenciji koja je u skladu s frekvencijom jezgre procesora.

Predmemorija treće razine izvodi se na čipovima tipa SRAM velike brzine i nalazi se na matičnoj ploči blizu procesora. Njegov volumen može doseći nekoliko MB, ali radi na frekvenciji matične ploče.

Sučelja sabirnice matične ploče

Veza između svih nativnih i spojenih uređaja matične ploče ostvaruje se preko njenih sabirnica i logičkih uređaja smještenih u mikroprocesorskom čipsetu (chipset).

Performanse računala uvelike ovise o arhitekturi ovih elemenata.

Sučelja sabirnice

JE(Industry Standard Architecture) je zastarjela sistemska sabirnica IBM PC-kompatibilnih računala.

EISA(Extended Industry Standard Architecture) - Proširenje standarda ISA. Ima veći konektor i povećane performanse (do 32 MB/s). Kao ISA, trenutno ovaj standard smatrati zastarjelim.

PCI(Peripheral Component Interconnect - doslovno: međusobno povezivanje perifernih komponenti) - ulazno/izlazna sabirnica za spajanje perifernih uređaja na matičnu ploču računala.

AGP(Accelerated Graphics Port - ubrzani grafički port) - razvijen 1997. godine od strane Intela, specijalizirana 32-bitna sistemska sabirnica za video karticu. Glavni cilj programera bio je povećati performanse i smanjiti troškove video kartice smanjenjem količine ugrađene video memorije.

USB(Universal Serial Bus - univerzalna serijska sabirnica) - Ovaj standard definira način na koji računalo komunicira s perifernom opremom. Omogućuje vam povezivanje do 256 razne uređaje ima serijsko sučelje. Uređaji se mogu povezivati ​​u lance (svaki sljedeći uređaj je povezan s prethodnim). Performanse USB sabirnice su relativno niske i iznose do 1,5 Mbit/s, ali za uređaje kao što su tipkovnica, miš, modem, joystick i slično, to je dovoljno. Pogodnost sabirnice je u tome što praktički eliminira sukobe između različite opreme, omogućuje spajanje i odspajanje uređaja u "vrućem načinu" (bez isključivanja računala) i omogućuje vam kombiniranje nekoliko računala u najjednostavnije lokalna mreža bez upotrebe posebne opreme i softvera.

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

Trenutno se većina čipseta matičnih ploča proizvodi na temelju dvaju čipova, nazvanih "sjeverni most" i "južni most".

Sjeverni most kontrolira međusobno povezivanje četiri uređaja: procesor, RAM, AGP port i PCI sabirnica. Stoga se naziva i kontroler s četiri priključka.

"Južni most" se također naziva i funkcionalni kontroler. Obavlja funkcije kontrolera tvrdog i disketnog diska, funkcije ISA - PCI mosta, kontrolera tipkovnice, kontrolera miša, USB sabirnice itd.

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

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

Stanice dinamičke memorije (DRAM) mogu se smatrati mikrokondenzatorima koji mogu pohraniti naboj na svoje ploče.

Ovo je najčešći i ekonomičniji dostupna vrsta memorija.

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

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

Ako se RAM stalno ne "puni", dolazi do gubitka podataka unutar nekoliko stotinki sekunde.

Kako bi se suzbio ovaj fenomen, računalo prolazi kroz stalnu regeneraciju (osvježavanje, ponovno punjenje) RAM ćelija.

Regeneracija se događa nekoliko desetaka puta u sekundi i uzrokuje rasipnu potrošnju resursa računalnog sustava.

Statičke memorijske ćelije (SRAM) mogu se zamisliti kao elektronički mikroelementi - flip-flopovi koji se sastoje od nekoliko tranzistora.

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

Dinamički memorijski čipovi koriste se kao glavni RAM računala.

Statički memorijski čipovi koriste se kao pomoćna memorija (tzv. cache memorija), dizajnirana za optimizaciju rada 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.

Stoga se adresa bilo koje memorijske ćelije može izraziti u četiri bajta.

RAM u računalu nalazi se na standardnim pločama koje se nazivaju moduli.

RAM moduli se umeću 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 mjeri se u milijarditim dijelovima sekunde (nanosekunde, ns).

ROM čip i BIOS sustav

Kada je računalo uključeno, u njegovom RAM-u nema ničega - ni podataka ni programa, jer RAM ne može pohraniti ništa bez ponovnog punjenja ćelija dulje od stotinki sekunde, ali procesor treba naredbe, uključujući i prvi trenutak nakon uključivanja na.

Stoga se odmah nakon uključivanja početna adresa postavlja na adresnu sabirnicu procesora.

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

Procesor adresira postavljenu adresu za svoju prvu naredbu i zatim počinje raditi prema programima.

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

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

ROM čip može dugo pohranjivati ​​informacije, čak i kada je računalo isključeno.

Programi koji se nalaze u ROM-u nazivaju se "žičani" - tamo su napisani u fazi proizvodnje mikro kruga.

Skup programa smještenih u ROM-u čini osnovni ulazno/izlazni sustav (BIOS - Basic Input Output System).

Glavna svrha programa u ovom paketu je provjera sastava i funkcionalnosti računalni sustav i omogućiti interakciju s tipkovnicom, monitorom, tvrdim diskom i disketnom jedinicom.

Programi uključeni u BIOS omogućuju nam da promatramo dijagnostičke poruke na ekranu koje prate pokretanje računala, kao i da ometaju proces pokretanja pomoću tipkovnice.

Trajna CMOS memorija

Rad standardnih uređaja kao što je tipkovnica mogu podržati programi uključeni 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 disketnih diskova; ne znaju ni sastav ni svojstva bilo kojeg računalnog sustava.

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

Iz očitih razloga ne mogu se pohraniti ni u RAM ni u ROM.

Posebno za tu svrhu, matična ploča ima čip "trajne memorije", koji se prema tehnologiji proizvodnje naziva CMOS.

Od RAM-a se razlikuje po tome što se njegov sadržaj ne briše kada se računalo isključi, a od ROM-a se razlikuje po tome što se podaci u njega mogu samostalno unositi i mijenjati, ovisno o opremi koja je uključena u sustav.

Ovaj čip stalno napaja mala baterija koja se nalazi na matičnoj ploči.

Napunjenost ove baterije dovoljna je da osigura da mikro krug ne izgubi podatke, čak i ako računalo nije uključeno nekoliko godina.

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

Činjenica da računalo jasno prati vrijeme i kalendar (čak i kada je isključeno) također je posljedica činjenice da se sistemski sat stalno pohranjuje (i mijenja) u CMOS-u.

Dakle, programi zapisani u BIOS-u čitaju podatke o sastavu hardvera računala s CMOS čipa, nakon čega mogu pristupiti tvrdom disku, a po potrebi i savitljivom disku, te prenijeti kontrolu na programe koji su tamo snimljeni.

HDD

HDD- glavni uređaj za dugotrajnu pohranu velike količine podataka i programa.

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

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

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

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

Kada se struja koja teče kroz glavu mijenja, intenzitet dinamičkog magnetskog polja u rasporu se mijenja, što uzrokuje promjene u stacionarnom magnetskom polju feromagnetskih čestica koje tvore omotač diska. Tako se podaci upisuju u magnetski disk.

Operacija čitanja odvija se obrnutim redoslijedom.

Magnetizirane čestice premaza prelaze preko velika brzina u blizini glave, u njemu se inducira emf samoindukcije.

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

Upravljanje radom tvrdi disk obavlja poseban hardversko-logički uređaj – kontroler tvrdog diska.

Trenutno funkcije kontrolera diska obavljaju mikrokrugovi uključeni u komplet mikroprocesora (čipset), iako neke vrste kontrolera visokih performansi tvrdi diskovi i dalje se isporučuje na zasebnoj ploči.

Glavni parametri tvrdih diskova uključuju kapacitet i performanse.

Može biti pohranjen na vašem tvrdom disku godinama, ali ponekad ga morate prenijeti s jednog računala na drugo.

Unatoč svom nazivu, HDD je vrlo krhki uređaj, osjetljiv na preopterećenja, udarce i udarce.

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

Za brzi prijenos manjih količina informacija koriste se takozvani savitljivi magnetski diskovi (floppy diskovi) koji se umeću u poseban uređaj za pohranjivanje podataka - disketni pogon.

Otvor za prijem pogona nalazi se na prednjoj ploči sistemske jedinice.

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

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

Diskete od 3,5 inča proizvode se od 1980. godine.

Danas se 3,5-inčni diskovi visoke gustoće smatraju standardom. Kapaciteta su 1440 KB (1,4 MB) i označeni su slovima HD (high density).

Na donjoj strani disketa ima središnji omotač, koji je zahvaćen pogonskim vretenom i okreće se.

Magnetska površina prekrivena je kliznom zavjesom za zaštitu od vlage, prljavštine i prašine.

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

Diskete se smatraju nepouzdanim medijima za pohranu.

Prašina, prljavština, vlaga, temperaturne promjene i vanjska elektromagnetska polja vrlo često uzrokuju djelomičan ili potpuni gubitak podataka pohranjenih na disketi.

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

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

CD-ROM pogon

Kratica CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) prevedena je na ruski kao trajni uređaj za pohranu na temelju kompaktnog diska.

Princip rada ovog uređaja je čitanje numeričkih podataka pomoću laserske zrake reflektirane od površine diska.

Digitalno snimanje na CD uvelike se razlikuje od snimanja na magnetske diskove. visoka gustoća, a standardni CD može pohraniti približno 650 MB podataka.

Velike količine podataka tipične su za multimedijske informacije (grafika, glazba, video), pa se CD-ROM pogoni klasificiraju kao multimedijski hardver.

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

Danas multimedijske publikacije zauzimaju sve snažnije mjesto među ostalim tradicionalnim vrstama publikacija.

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

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

Glavni parametar CD-ROM pogona je brzina čitanja podataka.

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

TEHNIČKI ALATI ZA PROVEDBU INFORMACIJSKIH PROCESA

Sastav i namjena glavnih elemenata osobnog računala

Klasična arhitektura računala

Osnove izgradnje elektronike računala u svom suvremenom shvaćanju postavili su 30-ih – 40-ih godina prošlog stoljeća istaknuti znanstvenici: engleski matematičar Alan Turing i Amerikanac mađarskog podrijetla John (Janos) Neumann.

Turingov stroj nije postao pravi operativni uređaj, ali se do danas stalno koristi kao glavni model za pojašnjavanje suštine pojmova kao što su "proces računanja", "algoritam", kao i za pojašnjavanje veze između algoritma i računala.

Godine 1946. John Neyman je na ljetnom zasjedanju Sveučilišta u Pennsylvaniji objavio izvješće koje je postavilo temelje za razvoj računalna tehnologija za nekoliko narednih desetljeća. Kasnija iskustva u razvoju računala pokazala su ispravnost Neumannovih glavnih zaključaka, koji su se razvijali i usavršavali u narednim godinama. Glavne preporuke koje je predložio Neumann za programere računala su sljedeće:

1. Strojevi koji koriste elektroničke elemente ne bi trebali raditi u decimalnom, već u binarnom sustavu brojeva.

2. Program se mora nalaziti u jednom od blokova stroja – u uređaju za pohranu (memorija) dovoljnog kapaciteta i odgovarajućih brzina za uzorkovanje i pisanje programskih naredbi.

3. Program je, baš kao i brojevi s kojima stroj radi, predstavljen u binarnom kodu. Dakle, po obliku prikaza, naredbe i brojevi su iste vrste. Ova okolnost dovodi do sljedećih važnih posljedica:

Međurezultati izračuna, konstante i drugi brojevi mogu se smjestiti u istu memoriju kao i program;

Numerički oblik programa omogućuje stroju izvođenje operacija na veličinama koje kodiraju naredbe programa.

4. Aritmetički uređaji stroja konstruirani su na temelju sklopova koji izvode operaciju zbrajanja. Stvaranje posebnih uređaja za izračun drugih operacija je nepraktično.



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

Arhitektura računala obično se određuje skupom njegovih svojstava koja su značajna za korisnika. Glavna pažnja posvećena je strukturi i funkcionalnost strojevi koji se mogu podijeliti na glavne i dodatne.

Osnovni, temeljni funkcije određuju svrhu računala: obrada i pohranjivanje informacija, razmjena informacija s vanjskim objektima. Dodatni funkcije povećavaju učinkovitost obavljanja osnovnih funkcija: osiguravaju učinkovite načine rada, dijalog s korisnikom, visoku pouzdanost itd. Navedene funkcije računala ostvaruju se pomoću njegovih komponenti: hardvera i softvera.

Osobno računalo - Ovo je stolno ili prijenosno računalo koje zadovoljava uvjete opće dostupnosti i univerzalnosti uporabe.

Princip rada i struktura osobnog računala

Svaki oblik ljudske aktivnosti, svaki proces funkcioniranja tehničkog objekta povezan je s prijenosom i transformacijom informacija. Informacija odnosi se na informacije o pojedinim prirodnim pojavama, događajima u društvenom životu i procesima u tehnički uređaji. Informacija utjelovljena i zapisana 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 tijekom vremena odražavaju tijek procesa koji se razmatra.

Diskretnu poruku karakterizira prisutnost fiksnog skupa elemenata, od kojih određene trenutke tijekom vremena nastaju različite sekvence. Računala su pretvarači informacija, u njima se početni podaci problema pretvaraju u rezultat njegova rješenja, a pripadaju klasi diskretnog djelovanja - digitalni.

Glavna značajka računalo je princip programskog upravljanja, na temelju kojeg se ostvaruje automatska kontrola proces rješavanja problema. Drugo važno načelo je načelo pohranjenog programa, koje kaže da se digitalno kodirani program pohranjuje u memoriju zajedno s brojevima. Naredba ne označava same brojeve koji sudjeluju u operacijama, već adrese RAM ćelija u kojima se oni nalaze i adresu ćelije u kojoj se nalazi rezultat operacije.

Rad osobnog računala (PC) može se ukratko opisati na sljedeći način. Kada uključite računalo, proces pokretanja testira komponente vašeg računala poseban program, "hardwired" u ROM (BIOS). U isto vrijeme, ovaj program testira ("oživljava") periferije PC. Zatim se skup programa (operacijski sustav) i početni podaci za izračune učitavaju u RAM računala. Ovo pokretanje može se izvršiti s tipkovnice ili s jednog od disk pogona. Operativni sustav 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. Po potrebi se dobiveni rezultati šalju na pisač za ispis preko posebnih priključaka.


sl.2. Uvećano strukturna shema PC


Struktura računala ovo je određeni model koji uspostavlja sastav, redoslijed i principe interakcije njegovih komponenti.

Slika 1 prikazuje pojednostavljenu funkcionalnu shemu osobnog računala, slika 2 prikazuje njegovu uvećanu blok shemu.

Mikroprocesor. Ovo je središnja jedinica osobnog računala dizajnirana za upravljanje radom svih blokova stroja i za izvođenje aritmetičkih i logičkih operacija nad informacijama (slika 3). Mikroprocesor uključuje:

- upravljački uređaj(CU) – generira i isporučuje svim blokovima stroja u pravo vrijeme određene upravljačke signale (upravljačke impulse), određene specifičnostima operacije koja se izvodi i rezultatima prethodnih operacija; generira adrese memorijskih ćelija koje koristi operacija koja se izvodi i prenosi te adrese odgovarajućim računalnim blokovima; upravljački uređaj prima referentnu sekvencu impulsa od generatora taktni impulsi;

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

- memorija mikroprocesora– služi za kratkotrajnu pohranu, snimanje i ispis informacija koje se izravno koriste u proračunima u sljedećim ciklusima rada stroja. Koristi se za osiguranje velike brzine stroja, jer glavna memorija ne osigurava uvijek brzinu pisanja, pretraživanja i čitanja informacija potrebnu za učinkovit rad mikroprocesor velike brzine.

- mikroprocesorski sustav sučelja – provodi uparivanje i komunikaciju s drugim PC uređajima.

Sučelje(sučelje) – skup sredstava za uparivanje i komunikaciju računalnih uređaja, osiguravajući njihovu učinkovitu interakciju.

Glavne karakteristike mikroprocesora:

Frekvencija takta, koja pokazuje koliko je instrukcija (akcija) procesor sposoban izvršiti unutar sekunde;

Arhitektura, posebice veličina predmemorije (za više detalja pogledajte odjeljak...).

Neka područja primjene procesora, osim osobnog računala korisnika:

Regulator semafora;

Interaktivne igračke;

Automobilski digitalni navigacijski sustav;

Kontrola paljenja i dovoda goriva u automobilima;

Pisači;

Konzola snimatelja zvuka;

Lokomotive (mikroprocesor upravlja napajanjem motora);

Interaktivni video ekran osjetljiv na dodir;

Kontrola potrošnje energije;

Upravljanje procesom (mikroprocesor kontrolira uvjete proizvodnog procesa - temperaturu, tlak ili potrošnju materijala);

Elektronski mamac za ribolov;

Elektroničke orgulje, gitara, sintisajzer;

detektor helija;

Fitness oprema;

Elektronička igra"Pikado";

Istraživački instrumenti;

Kontroler za privezne spojnice brodskih plovila i dr.

Generator takta. Generira niz električnih impulsa; frekvencija generiranih impulsa određuje taktna frekvencija automobili. Vremenski razmak između susjednih impulsa određuje vrijeme jednog ciklusa rada stroja ili jednostavno radni ciklus stroja. Frekvencija generatora takta jedna je od glavnih karakteristika osobnog računala i uvelike određuje brzinu njegovog rada, budući da se svaka operacija u stroju izvodi u određenom broju taktova.

Dom Posebnost Struktura osobnog računala sastoji se od sistemske sabirnice preko koje svi njegovi uređaji međusobno djeluju i razmjenjuju informacije.

PC sabirnice. Računalo je izgrađeno na okosnici-modularnom principu, u kojem su svi računalni blokovi međusobno povezani sistemskom sabirnicom namijenjenom za razmjenu podataka, adresa i kontrolnih informacija između komponente Računalo. Sustavna sabirnica određuje opći redoslijed razmjene između bilo kojeg računalnog bloka, kao i najveći broj korištenih ulazno/izlaznih uređaja. Uključuje adresna sabirnica, sabirnica podataka I upravljačka sabirnica. Adresna sabirnica i podatkovna sabirnica potrebne su za prijenos adresa željenih ćelija iz mikroprocesora, a zatim za čitanje (ili upisivanje) odgovarajućih podataka iz njih. Kako bi se osigurala interakcija između pojedinih računalnih čvorova, postoji upravljačka sabirnica koja prenosi upravljačke signale koje PC uređaji međusobno razmjenjuju.

Osim toga postoji strujna sabirnica, koji ima žice i sklopove sučelja za spajanje PC jedinica na sustav napajanja.

PC sabirnice karakteriziraju dva glavna parametra - dubina bita i brzina prijenosa. digitalni signali. Osobito je važna širina bita podatkovne sabirnice – ona mora odgovarati širini bita mikroprocesora.

Svi vanjski uređaji, odnosno njihovi I/O portovi, povezani su na sabirnicu na isti način preko odgovarajućih unificiranih konektora (spojnica): izravno ili preko kontroleri (adapteri). Sustavnom sabirnicom upravlja mikroprocesor izravno ili putem dodatnog čipa - kontroler sabirnice, generirajući glavne upravljačke signale.

Glavna memorija. Dizajniran je za pohranu i brzu razmjenu informacija s drugim jedinicama stroja. Glavna memorija uključuje dvije vrste uređaja za pohranu: memoriju samo za čitanje (ROM) i memoriju s izravnim 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 njegovog naziva Read Only Memory - memorija samo za čitanje. Ova memorija pohranjuje programe za testiranje glavnih komponenti računala, pokrećući učitavanje operacijski sustav i održavanje operacija unosa i izlaza podataka. Ovi programi su, takoreći, trajno "povezani" u ROM.

RAM je dizajniran za pohranjivanje informacija (programa i podataka) izravno uključenih u računalni proces u trenutnoj fazi rada osobnog računala. RADNA MEMORIJA - nepostojan memorija: kada se napajanje isključi, informacije pohranjene u njoj se gube (za više detalja, pogledajte odjeljak 3).

Vanjska memorija. Koristi se za dugotrajnu pohranu svih informacija koje bi mogle biti potrebne za rješavanje problema. Konkretno, sve se pohranjuje u vanjsku memoriju softver Računalo. Vanjska memorija uključuje razne vrste uređaja za pohranjivanje (uređaje za pohranjivanje na kasetu s magnetskom vrpcom (streamers), pogone na optički diskovi(CD-ROM)), ali najčešći, dostupni na gotovo svakom računalu, su pogoni tvrdog diska (HDD) i pogoni disketa (FLMD). Svrha ovih pogona je pohranjivanje velikih količina informacija, snimanje i puštanje pohranjenih informacija na zahtjev u uređaj za memoriju s izravnim pristupom (za više detalja pogledajte odjeljak...).

Jedinica za napajanje. Ovo je blok (slika 4) koji sadrži autonomne i mrežne sustave napajanja za osobna računala. Napajanje obavlja dvije ključne funkcije: osigurava stabilizirani napon za sve komponente sustava i hladi unutrašnjost računala.

Timer. Ovi su u stroju Digitalni sat, osiguravajući, ako je potrebno, automatsko snimanje trenutnog trenutka u vremenu (godina, mjesec, sati, minute, sekunde i djelići sekunde). Tajmer je spojen na autonomni izvor napajanja - bateriju i nastavlja raditi kada je stroj isključen iz mreže.

Vanjski (periferni) uređaji. Pod, ispod periferni razumjeti svaki uređaj koji je strukturno odvojen od središnjeg dijela osobnog računala (mikroprocesora i glavne memorije), ima vlastitu kontrolu i izvršava zahtjeve mikroprocesora bez njegove izravne intervencije.

Prema namjeni mogu se razlikovati sljedeći vanjski uređaji računala:

Uređaji za unos informacija;

Uređaji za izlaz i prikaz informacija;

Pokazivački uređaji (manipulatori, upravljački uređaji);

Komunikacijski i telekomunikacijski uređaji.

DO ulazni uređaji odnositi se:

Tipkovnica – uređaj za ručni unos tekstualnih, numeričkih i upravljačkih informacija u osobno računalo (za više detalja vidi odjeljak...);

Skener - uređaj za automatsko čitanje tekstova, grafikona, slika, crteža s papira ili drugog medija i njihov prijenos u digitalni (računalni) oblik na osobno računalo (više detalja u odjeljku...);

- grafički tablet (digitalizator) - uređaj za ručni unos grafičkih (rjeđe tekstualnih) informacija i slika. Grafički tablet– to su dva uređaja – sam tablet i olovka. S posebnog tableta opremljenog osjetljivom površinom koja reagira na signale koje emitira olovka, točne koordinate "kontaktne točke" prenose se na računalo. Olovka, kada je u kontaktu s tabletom, emitira posebne signale koji joj govore kojom bojom treba nacrtati ovaj ili onaj element na računalu, koliko debeo treba biti potez itd. Koriste ga računalni umjetnici i dizajneri.

Zasloni osjetljivi na dodir– uređaji za unos pojedinačnih slikovnih elemenata, programa ili naredbi s podijeljenog zaslona u osobno računalo;

Digitalne kamere. Izgledom se ne razlikuju previše od obične kamere, a proizvode ih iste tvrtke koje proizvode obične kamere. Razlika je u tome što digitalni fotoaparat umjesto filma koristi poseban memorijski element koji pohranjuje sliku prenesenu s objektiva kao nekomprimiranu (TIFF) ili komprimiranu datoteku s određenim gubitkom kvalitete (JPEG kompresija). Rezultirajuća datoteka kasnije se prenosi na računalo, a zatim se može obraditi u bilo kojem grafički urednik i po potrebi ispisati kao običnu fotografiju na posebnom pisaču. U ovu skupinu uređaja za unos informacija također spadaju digitalne video kamere i Mobiteli;

Mikrofoni su uređaji koji percipiraju zvuk u analognom obliku. Da bi računalo moglo zabilježiti takve signale na magnetske diskove i obraditi ih, signale je potrebno pretvoriti iz analognog u digitalni oblik. To se postiže pomoću posebnog uređaja - analogno-digitalnog pretvarača (ADC);

MIDI tipkovnica (MIDI - Musical Instrument Digital Interface) je uređaj koji se spaja na zvučnu karticu. Za razliku od sintisajzera, MIDI tipkovnica sama po sebi nije u stanju proizvoditi zvukove: lišena je ikakvog "nadjeva" za stvaranje zvuka. Tu ulogu ima zvučna kartica. Uloga takve tipkovnice je da zadaje naredbe ugrađenom sintesajzeru: koju notu kojeg trajanja i na kojem instrumentu računalo treba odsvirati. Elementi MIDI klavijature: sama klavijatura je pojednostavljena kopija klavira; kontrole alata koje vam omogućuju promjenu tipkovnice za simulaciju bilo koje od onih u vašem arsenalu zvučna kartica alata.

DO uređaji za izlaz i prikaz informacija odnositi se:

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

Pisač je uređaj koji ispisuje podatke s računala na papir u lako čitljivom obliku. Pisači vam omogućuju dobivanje tiskane kopije dokumenta. Najčešći tipovi printera su: matrični pisači (udarni i termalni pisači), inkjet pisači s tintom za bojenje, laserski pisači, korištenjem elektrografske metode formiranja slike (za više detalja vidi odjeljak...);

Ploteri (crtači) su uređaji za ispis grafičkih informacija (grafova, crteža, crteža) s osobnog računala na papir. Koriste se u računalno potpomognutom projektiranju;

Slušalice, zvučnici – uređaji za emitiranje zvučnih informacija.

DO pokazivački uređaji odnositi se:

Miš je uređaj dizajniran za rad u okruženju grafičko sučelje korisnik;

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

Joystick vam omogućuje pomicanje pokazivača na zaslonu u jednom od četiri smjera. Koristi se za interakciju sa programi za igrice;

Komunikacijski i telekomunikacijski uređaji koriste se za komunikaciju s instrumentima i drugom opremom za automatizaciju te za povezivanje osobnih računala na komunikacijske kanale, s drugim računalima i računalnim mrežama. To uključuje:

Modem (od riječi modulacija-demodulacija) je uređaj namijenjen za spajanje računala na analogne linije telefonska komunikacija. Omogućuje kroz obične telefonska linija rad na Internetu. Modem obavlja sljedeće funkcije: prilikom prijenosa pretvara digitalni kod u analogne signale; prilikom prijema filtrira primljeni signal od smetnji, tj. obrnuto pretvaranje analognog signala u digitalni kod;

Mrežni adapter je vanjsko sučelje osobnog računala i služi za povezivanje istog na komunikacijski kanal za razmjenu informacija s drugim računalima, za rad u sklopu računalna mreža osigurati prijenos informacija iz računala u komunikacijsko okruženje;

Multiplekser za prijenos podataka je višekanalni uređaj za povezivanje računala s nekoliko komunikacijskih kanala.

Osnovna konfiguracija računala

Strukturno, računala su izrađena u obliku središnje sistemske jedinice na koju su preko konektora povezani vanjski uređaji: dodatni memorijski uređaji, tipkovnica, zaslon, pisač itd.

Jedinica sustava obično uključuje matična ploča, napajanje, disk jedinice, konektori za dodatne uređaje i kartice za proširenje s kontrolerima - adapterima vanjski uređaji.

Na matična ploča(češće se naziva matična ploča – Matična ploča), u pravilu se nalaze:

Mikroprocesor;

Matematički koprocesor;

generator takta;

Blokovi (čipovi) RAM-a i ROM-a;

Adapteri za tipkovnicu, HDD i HDD;

Timer, itd.

CPU

Mikroprocesor(MP) (centralni procesor - Central Processing Unit (CPU)) je funkcionalno dovršen programski upravljan uređaj za obradu informacija, izrađen u obliku jednog ili više velikih ili ultravelikih integriranih krugova. Procesor je "mozak" osobnog računala. Rješava sve opće računalne probleme i koordinira rad memorije, video adaptera, diskova i ostalih komponenti sustava. Procesor je izuzetno složen čip koji je na većini osobnih računala spojen izravno na matičnu ploču, ali ponekad je instaliran na ploči kćeri, koja je pak povezana s matičnom pločom kroz specijalizirani utor.

MP obavlja sljedeće funkcije:

Čitanje i dešifriranje naredbi iz glavne memorije;

Čitanje podataka iz glavne memorije i registara adaptera vanjskog uređaja;

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

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

Generiranje upravljačkih signala za sve ostale PC čvorove i blokove.

Širina podatkovne sabirnice MP određuje širinu računala kao cjeline; Širina MP adresne sabirnice je njen adresni prostor.