Beskrivelse av enheten og prinsipper for datamaskindrift. Datamaskinenhet. Hva består datamaskinen av? Ikke-flyktig CMOS-minne

Datamaskinen er tekniske midler informasjonstransformasjon, basert på de samme prinsippene for behandling av elektriske signaler som i enhver elektronisk enhet:

  1. inputinformasjon representert av ulike fysiske prosesser, både elektriske og ikke-elektriske (bokstaver, tall, lydsignaler etc.), konverteres til et elektrisk signal;
  2. signalene behandles i prosesseringsenheten;
  3. Ved hjelp av en utgangssignalomformer konverteres de behandlede signalene til ikke-elektriske signaler (bilder på skjermen).

Formålet med en datamaskin er å behandle ulike typer informasjon og presentere den i en form som passer for mennesker.

Fra et funksjonelt synspunkt er en datamaskin et system som består av 4 hovedenheter som utfører visse funksjoner: en lagringsenhet eller et minne, som er delt inn i operasjonell og permanent, en aritmetisk-logisk enhet (ALU), en kontrollenhet (CU). ) og en inngangsenhet (UVV). La oss vurdere deres rolle og formål.

En lagringsenhet (minne) er ment å lagre informasjon og programmere kommandoer i en datamaskin. Informasjonen som er lagret i minnet er tall, symboler, ord, kommandoer, adresser osv. kodet med 0 og 1.

Ved å skrive et tall inn i minnet mener vi å plassere dette nummeret i en celle på en spesifisert adresse og lagre det der til det hentes av en programkommando. Den tidligere informasjonen som var i denne cellen er overskrevet. Ved programmering, for eksempel i Pascal eller C, er celleadressen assosiert med et variabelnavn, som er representert av en kombinasjon av bokstaver og tall valgt av programmereren.

Å lese et tall fra minnet betyr å prøve et tall fra en celle med en spesifisert adresse. I dette tilfellet overføres en kopi av nummeret fra minnet til den nødvendige enheten, og selve nummeret forblir i cellen.

Informasjonsvideresending betyr at informasjon leses fra en celle og skrives til en annen.

Celleadressen genereres i kontrollenheten (CU), og går deretter inn i adressesamplingsenheten, som åpnes informasjonskanal og kobler til ønsket celle.

Tall, symboler, kommandoer lagres i minnet på lik basis og har samme format. Datatypen har ingen betydning verken for minnet eller for selve datamaskinen. Typene skiller seg bare når dataene behandles av programmet. Lengden, eller bitdybden, til en celle bestemmes av antall binære sifre (bits). Hver bit kan inneholde 1 eller 0. In moderne datamaskiner Cellelengden er et multiplum av 8 biter og måles i byte. Minimumslengden på en celle som en adresse kan genereres for er 1 byte, bestående av 8 biter.

Følgende parametere brukes til å karakterisere minnet:

  1. minnekapasitet – maksimal mengde lagret informasjon i byte;
  2. Minnehastighet er minnetilgangstiden, bestemt av tiden det tar å lese eller skrive informasjon.

Aritmetisk logisk enhet (ALU). Utfører aritmetiske og logiske operasjoner.

Det skal bemerkes at enhver aritmetisk operasjon kan implementeres ved å bruke addisjonsoperasjonen.

Et komplekst logisk problem dekomponeres i flere enkle oppgaver, hvor det er nok å analysere kun to nivåer: JA og NEI.

Kontrollenheten (CU) styrer hele forløpet av den beregningsmessige og logiske prosessen i datamaskinen, dvs. utfører funksjonene til en "trafikkleder" av informasjon. Kontrollenheten leser kommandoen, dekrypterer den og kobler til de nødvendige kretsene for å utføre den. Den neste kommandoen leses automatisk.

Faktisk utfører kontrollenheten følgende syklus av handlinger:

  1. generere adressen til neste kommando;
  2. lese en kommando fra minnet og dekode den;
  3. kommandoutførelse.

I moderne datamaskiner utføres funksjonene til kontrollenheten og ALU av en enhet som kalles sentralprosessoren.

GENERELLE PRINSIPPER FOR ORGANISERING OG DRIFT AV DATAMASKINER

Hva er en datamaskin

Datamaskin er en programmerbar elektronisk apparat, i stand til å behandle data og utføre beregninger, samt utføre andre symbolmanipulasjonsoppgaver.

Det er to hovedklasser av datamaskiner:

digitale datamaskiner, behandle data i form av numeriske binære koder;

analoge datamaskiner, bearbeiding av kontinuerlig skiftende fysiske størrelser (elektrisk spenning, tid, etc.), som er analoger til beregnede mengder.

I dag er de aller fleste datamaskiner digitale.

Prinsippet for drift av datamaskiner er å kjøre programmer (Programvare) – forutbestemt, klart visse sekvenser aritmetiske, logiske og andre operasjoner.

Noen dataprogram er en sekvens av individuelle kommandoer.

Team er en beskrivelse av operasjonen som datamaskinen må utføre. Som regel har kommandoen sin egen kode ( symbol), kildedata (operander) og resultat.

Resultatet av kommandoen genereres i henhold til reglene som er nøyaktig definert for denne kommandoen, innebygd i utformingen av datamaskinen.

Settet med kommandoer som utføres av en gitt datamaskin kalles kommandosystem denne datamaskinen.

Datamaskiner opererer med svært høye hastigheter, alt fra millioner til hundrevis av millioner operasjoner per sekund.

På hvilken som helst datamaskin kan følgende skilles: hovedenheter:

hukommelse(minneenhet - minne), bestående av omnummererte celler;

PROSESSOR, gjelder også kontrollenhet(UU)i aritmetisk logikkenhet(ALU);

inndataenhet;

utgangsenhet.

Disse enhetene er tilkoblet kommunikasjonskanaler som informasjon overføres gjennom. Hovedenhetene til datamaskinen og forbindelsene mellom dem er presentert i diagrammet (fig. 1). Tynne piler viser banene og retningene for informasjonsflyt, og tykke piler viser banene og retningene for overføring av kontrollsignaler.

Minnefunksjoner:

– motta informasjon fra andre enheter;

– huske informasjon;

– utlevering av informasjon på forespørsel til andre enheter på maskinen.

Ris. 1. Generelt datadiagram

Prosessorfunksjoner:

– databehandling i henhold til et gitt program ved å utføre aritmetikk og logiske operasjoner;

– programvarekontroll av driften av dataenheter.

Den delen av prosessoren som utfører instruksjoner kalles aritmetisk logisk enhet(ALU), og dens andre del, som utfører enhetskontrollfunksjoner, er kontrollenhet(UU).

Vanligvis skilles disse to enhetene rent betinget ut, de er ikke strukturelt atskilt.

Prosessoren inneholder en rekke spesialiserte ekstra minneceller kalt registrerer. Registeret utfører funksjonen korttidslagring av et nummer eller kommando. Elektroniske kretser kan utføre manipulasjoner på innholdet i enkelte registre, for eksempel "kutte" visse deler av en instruksjon for senere bruk eller utføre visse aritmetiske operasjoner på tall. Hovedelementet i registeret er en elektronisk krets kalt avtrekker, som er i stand til å lagre ett binært siffer (bit). Registrere er en samling av triggere knyttet til hverandre på en bestemt måte felles system ledelse.

Det finnes flere typer registre, forskjellig i typen operasjoner som utføres. Noen registre har egne navn, for eksempel:

huggorm– et ALU-register som utfører summering av binære tall;

Programteller– register CU, hvis innhold tilsvarer adressen til neste utførte kommando; tjener til automatisk valg av et program fra påfølgende minneceller;

kommandoregister– registrer CU for å lagre kommandokoden i den tidsperioden som er nødvendig for utførelse av den. Noen av bitene brukes til å lagre operasjonskode, resten er til oppbevaring operand adressekoder.

Prinsipper for datamaskindrift

Konstruksjonen av de aller fleste datamaskiner er basert på følgende generelle prinsipper, formulert i 1945 av en amerikansk vitenskapsmann John von Neumann.

1. Prinsipp programkontroll . Et program består av et sett med kommandoer som utføres automatisk av prosessoren i en bestemt rekkefølge.

Å hente et program fra minnet gjøres ved hjelp av Programteller Dette prosessorregisteret øker sekvensielt adressen til den neste instruksjonen som er lagret i det med instruksjonslengden. Og siden programkommandoene er plassert i minnet etter hverandre, blir en kjede av kommandoer derved organisert fra sekvensielt lokaliserte minneceller. Hvis du, etter å ha utført en kommando, ikke trenger å flytte til den neste, men til en annen, bruk kommandoene betinget eller ubetinget overgang, som legger inn nummeret til minnecellen som inneholder neste kommando i programtelleren. Henting av kommandoer fra minnet stopper etter å ha nådd og utført "stopp"-kommandoen.

Dermed, prosessoren kjører programmet automatisk, uten menneskelig innblanding.

2.Prinsippet om minnehomogenitet. Programmer og data er lagret i samme minne, slik at datamaskinen ikke skiller mellom hva som er lagret i en gitt minnecelle – et tall, tekst eller en kommando. Du kan utføre de samme handlingene på kommandoer som på data.

Dette åpner for en hel rekke muligheter. For eksempel, Programmet kan også revideres under gjennomføringen, som lar deg sette regler for å hente noen av delene i selve programmet (dette er hvordan utførelsen av sykluser og subrutiner er organisert i programmet).

Dessuten kan kommandoer fra ett program oppnås som resultater fra utførelse av et annet program. Basert på dette prinsippet oversettelsesmetoder– oversettelse av programtekst fra et programmeringsspråk på høyt nivå til språket til en bestemt maskin.

3. Prinsippet om målretting. Strukturelt sett består hovedminnet av omnummererte celler. Enhver celle er tilgjengelig for prosessoren når som helst.

Dette innebærer muligheten til å navngi minneområder slik at verdiene som er lagret i dem senere kan nås eller endres under programkjøring ved å bruke de tildelte navnene.

Datamaskiner bygget på ovennevnte prinsipper er av typen av Neumann Men det er datamaskiner som er fundamentalt forskjellige fra von Neumann. For dem kan for eksempel prinsippet om programstyring ikke følges, dvs. de kan operere uten en programteller som angir den programkommando som for tiden utføres. For å få tilgang til en variabel som er lagret i minnet, trenger ikke disse datamaskinene å gi den et navn. Slike datamaskiner kalles ikke von Neumann.

Kommando og dens utførelse

En kommando er en beskrivelse av en elementær operasjon som datamaskinen må utføre.

Generelt inneholder kommandoen følgende informasjon:

kode operasjonen som utføres;

– definisjonsretningslinjer operander(eller deres adresser);

– instruksjoner for plassering av det mottatte resultat.

Avhengig av antall operander er kommandoene:

– unicast;

– to-adresse;

– tre-adresse;

– variabel adresse.

Kommandoer lagres i minneceller i binær kode.

I moderne datamaskiner kommandolengdevariabel(vanligvis to til fire byte), og måtene å spesifisere variable adresser på er svært forskjellige.

Adressedelen av kommandoen kan inkludere:

– selve operanden (tall eller symbol);

– operandadresse (bytenummer som operanden begynner fra);

– adressen til operandadressen (bytenummeret som operandadressen er plassert fra), osv.

La oss se på noen mulige alternativer tilleggskommandoer(engelsk add - addition), og i stedet for digitale koder og adresser vil vi bruke symboler.

1. Unicast-kommandolegg til x(celleinnhold X legg til med innholdet i adderen, og la resultatet stå i adderen):

2. To-adresse kommandolegg til x, y(celleinnhold X Og legg til og plasser resultatet i en celle ):

3. Tre-adresse kommandolegg til x, y, z(celleinnhold X legg til med celleinnhold y, plasser mengden i cellen z).

For å forstå prinsippene for datamaskindrift, ser vi først nærmere på den vanligste og enklere strukturen til en personlig datamaskin, eller PC. Hovedforskjell personlig datamaskin fra store maskiner, eller såkalte stormaskiner, er at den lar kun én bruker bruke ressursene sine om gangen. Det ser ut til at en slik datamaskin utelukkende skal fungere i enkeltprogrammodus, dvs. kjøre ett nåværende program, men dette er ikke tilfelle. En slik datamaskin kan kjøre flere programmer samtidig - behandle, sende ut resultater, laste ned, søke etter informasjon på nettverket, etc. I tillegg brukes mange "personlige" maskiner som servere på et nettverk og har sluttet å gi sine ressurser (dvs. maskinvare og programvare) utelukkende til én bruker; Ressursene til slike servere kan brukes av flere brukere samtidig.

Strukturen til selve datamaskinen har endret seg litt over hele eksistensen av maskiner. Den er fortsatt bygget på grunnlaget von Neumann-modeller, i alle fall består hovedminnet av individuelle celler med sekvensnumre (eller "adresser"), der både kodene til individuelle instruksjoner (program) og data kan lagres. Imidlertid har teknologiske fremskritt ført til integrering av flere noder og enheter i en enkelt brikke.

Datamaskin syklus

En forenklet datamaskinstruktur er vist i figur 1.1. Den består av følgende fem hovedenheter: en aritmetisk logisk enhet (ALU), tilfeldig tilgang minne(RAM), en kontrollenhet (CU), en datainnmatingsenhet inn i maskinen (UVv) og en enhet for utmating av resultater av beregninger (UVv). [De første datamaskinene, ofte kalt førstegenerasjonsmaskiner, hadde denne strukturen.]

I tillegg til de oppførte komponentene, har enhver datamaskin et manuelt kontrollpanel designet for å slå på maskinen og overvåke dens korrekte drift. [Det er nå vanlig å kalle en aritmetisk-logisk enhet med tilsvarende styrekretser prosessor, kretser for å kontrollere og koble til perifere enheter - kontrollere og adaptere, og informasjon overføres mellom datamaskinblokker via grensesnittbusser.]

Kontrollenhet

Inndataenhet

Utgangsenhet

Operasjonell

minneverdig

enhet

Aritmetisk-logisk

enhet

Figur 1.1 Forenklet datamaskinstruktur

En aritmetisk-logisk enhet er designet for å utføre aritmetiske og logiske operasjoner på maskinord, dvs. koder som ligger i minnet og legger inn ALU for behandling. I tillegg utfører den ulikeoner.

Random access memory, eller random access memory, lagrer koder for maskinord (kommandoer og data) i "cellene". Disse cellene er nummerert, og cellenummeret kalles adresse. [Datamaskinminne inneholder vanligvis bare instruksjoner og data.] Maskinen bruker informasjon som er lagret i RAM for å organisere databehandlingsprosessen. Informasjon kommer inn i RAM fra en inndataenhet eller fra eksternt minne(ikke vist på figuren). Eksternt minne lar deg lagre store mengder informasjon, men er tregere enn RAM. Under hele prosesseringsprosessen kommer informasjon inn i ALU bare fra RAM, og resultatene av programkjøring sendes ut til utenheten først etter at behandlingen er fullført. På samme måte må informasjon fra eksternt minne (ERAM), før man deltar i behandlingen, først skrives om til RAM.

Kontrollenheten (CU) brukes til å automatisk kontrollere databehandlingsprosessen; den genererer kontrollsignaler til alle dataenheter, og konverterer programkommandoer til kontrollsignaler. Som allerede nevnt, hvis kontrollnoden er kombinert med en ALU, kalles en slik kombinert enhet ofte en sentral prosesseringsenhet (CPU eller ganske enkelt prosessor). Den kommuniserer med hovedminne (RAM), som består av RAM og skrivebeskyttet minne for lagring av I/O-programmer, og ulike inngangs- og utgangsenheter (eller eksterne enheter) via en buss (ofte kalt "felles buss" eller CO) , se figur 1.2. Denne fellesbussen består av flere "subbusser": adresse, data og kontroll. Vi vil ofte bare kalle dem dekk. Dessuten, i personlige maskiner, for å spare plass på hovedkortet (dvs. kortet som prosessoren, minnet og kontaktene for tilkobling av eksterne enheter er plassert på), er adresse- og databussen noen ganger laget i form av en tidsseparert buss; da sendes adressen og dataene bare én etter én.

Figur 1.2 Sentral del av maskinen

I tillegg til CPU og OP inneholder datamaskinen mange andre enheter designet for å kommunisere med omverdenen (mennesker, kontrollobjekter osv.). Som allerede angitt, kalles disse enhetene perifere (eller eksterne) og er koblet til OS ved hjelp av kontrollere, adaptere, bussbroer, etc.

I en personlig datamaskin (og mer nylig i andre typer datamaskiner) består hovedminnet av to deler - skrivebeskyttet minne (ROM) og tilfeldig tilgangsminne (RAM). Programmet er lagret i et veldig lite etter moderne standarder [det når flere megabyte] permanent minne Støvelhempe kalt BIOS (Basic Input-Output System). Denne informasjonen er "hardwired" i minnet, dvs. lagres permanent. RAM inneholder ingen informasjon når datamaskinen er slått på. Når den er slått på, sendes et signal til alle blokkene for å sette dem til den opprinnelige "null"-tilstanden; så begynner det å dannes klokkepulser og datamaskinen begynner å fungere.

For å forstå hvordan en datamaskin fungerer, må du vite hvilke elementer den består av, dvs. hva er en trigger, teller, register, logisk krets osv. Du kan lære mer om hvordan alle disse komponentene fungerer i påfølgende deler av boken. Her vil vi bare gi en grunnleggende idé om disse komponentene. Avtrekker er en elektronisk krets som kan være i en av to stabile tilstander "0" og "1". Eksterne signaler kan brukes til å bytte utløseren fra en tilstand til en annen. Registrere– dette er flere triggere som er koblet sammen på en bestemt måte, dvs. Du kan skrive et binært ord inn i et register, lese det, skifte det, invertere det. Disk lar deg bestemme antall signaler som mottas av den. Den er også bygget på grunnlag av triggere. Logisk krets implementerer en viss logisk funksjon, dvs. genererer et utgangssignal for visse kombinasjoner av signaler ved inngangene.

La oss nå fortsette å vurdere driften av en enkel datamaskin. Innholdet i programtelleren (SchK; det kalles også IP - instruksjonspeker) til prosessoren overføres via adressebussen til adresseregisteret (PrA) til hovedminnet (Figur 1.3). Når datamaskinen er slått på, inneholder programtelleren alltid samme startadresse. Dermed blir innholdet i minnecellen med denne startadressen som tilhører BIOS forespurt. Vanligvis inneholder denne cellen koden for en ubetinget hoppinstruksjon, som brukes til å endre innholdet i programtelleren. Innholdet i cellen, dvs. koden til denne kommandoen overføres til kommandoregisteret (RgK) til prosessoren via OSH-databussen. Innholdet i minnecellen kommer til PgK, siden "forespørselen" til minnet gjøres fra programtelleren; Dette er et obligatorisk krav for enhver tradisjonell datamaskin.

Prosessorens PgK-register består på sin side av flere registre - operasjonskoderegisteret (OpCOP) og prosessoradresseregistrene (PgAP). En del av ordet (innholdet i OP-cellen som ble aksessert), som er i operasjonskoderegisteret, overføres til kontrollenheten (CU), som genererer en sekvens av kontrollsignaler.

Når en ubetinget hoppkommando utføres, overføres den andre "adresse"-delen av ordet, som havner i et av prosessoradresseregistrene, igjen til programtelleren under kontroll av signaler fra kontrollenheten. Denne kommandoen er unicast - dvs. dens "adresse"-del inneholder bare én adresse. Dette fullfører utførelsen. Kontrollenheten genererer et signal om slutten av kommandoutførelsen, og innholdet i CC blir igjen overført til minnet RgA, dvs. neste kommando blir bedt om.

R

RgKOP RgAP

gk

Figur 1.3 Overføring av kommandoer fra OP til CPU

Dermed gjentas minnetilgangsprosedyren. Innholdet i minnecellen som aksesseres på nytt betraktes som en ny instruksjon, dvs. igjen lastet inn på RgK-prosessoren. Vanligvis brukes den andre kommandoen til å starte lasting av RAM fra en magnetisk disk; det er ikke lenger en ubetinget hoppkommando. Når denne kommandoen utføres under kontroll av operasjonskoden (en del av kommandoen som går til PrKOP), genereres andre styresignaler, og innholdet i det første registeret PrgAP, som er en del av PrK, overføres til adresseregisteret. av minnet og betraktes som adressen til den første operanden.

For RAM spiller det ingen rolle hvor forespørselen kom fra - fra programtelleren eller fra adresseregisteret, så i minnedataregisteret dannes ordet på samme måte som før. Men siden "forespørselen" for dette ordet kom fra PgAP-adresseregisteret, plasseres det i prosessoren i det første dataregisteret til den aritmetiske enheten (ALU). Deretter genererer kontrollenheten lignende signaler for å overføre innholdet av den andre PrAP til minnet PrA; Som et resultat blir innholdet i minnecellen med adressen lokalisert i PrAP overført til det andre dataregisteret til den aritmetiske enheten.

Deretter genererer kontrollenheten signaler avhengig av operasjonskoden i PrKOP, sender dem til ALU, som utfører den tilsvarende operasjonen, og resultatet plasseres i utgangsakkumulatorregisteret. Etter dette blir innholdet i akkumulatorregisteret overført til minnecellen, hvis adresse vanligvis er plassert i den første PrAP, dvs. enda et anrop til OP utføres. Innholdet i akkumulatorregisteret overføres til databussen, og celleadressen fra RgAP overføres til adressebussen. [Avhengig av maskinens design, antall adresser i kommandoen som utføres (adresserbarhet) og en rekke andre funksjoner, kan innholdet i akkumulatorregisteret lagres i det og overføres til OP-cellen på adressen i den første eller andre RgAP.]

Etter å ha lagret innholdet i akkumulatorregisteret, legges lengden på gjeldende kommando i byte til kommandotelleren SchK (ofte kalt "en") for å få tilgang til neste minnecelle, og en ny syklus med å utføre neste kommando begynner.

Dermed skjer programkjøringen sekvensielt: hver gang implementeres kun én kommando i maskinen, som havner i kommandoregisteret fra OP. Men for å øke datamaskinens ytelse, må du enten øke kommandoutførelseshastigheten eller utføre flere sekvensielle kommandoer samtidig. En økning i hastigheten på kommandoutførelse er assosiert med en forbedring av tekniske egenskaper og en økning i ytelsen til alle komponentene som er inkludert i datamaskinen - CPU, OP, grensesnittbusser, input-output-enheter. Men økningen i hastigheten på kommandoutførelse er grunnleggende begrenset - hastigheten på signalutbredelsen i maskinen kan ikke være større enn lyshastigheten, og veilengden bestemmes av antall porter og teknologien som brukes. Den andre måten, som består i parallell utførelse av flere kommandoer, er den mest lovende. Den har imidlertid også en rekke begrensninger, som vi vil vurdere nedenfor.

En personlig datamaskin er et universelt teknisk system.

Konfigurasjonen (utstyrets sammensetning) kan endres fleksibelt etter behov.

Imidlertid er det et konsept med en grunnleggende konfigurasjon som anses som typisk. Datamaskinen kommer vanligvis med dette settet.

Konseptet med en grunnleggende konfigurasjon kan variere.

For øyeblikket vurderes fire enheter i den grunnleggende konfigurasjonen:

  • systemenhet;
  • Observere;
  • tastatur;
  • mus.

I tillegg til datamaskiner med en grunnleggende konfigurasjon, blir multimediedatamaskiner utstyrt med CD-leser, høyttalere og mikrofon stadig mer vanlig.

Henvisning: "Yulmart", den desidert beste og praktisk internett butikken hvor gratis Du vil bli informert når du kjøper en datamaskin av en hvilken som helst konfigurasjon.

Systemenheten er hovedenheten der de viktigste komponentene er installert.

Enheter inni systemenhet, kalles intern, og enheter koblet til den eksternt kalles eksterne.

Eksterne tilleggsenheter designet for input, output og langtidslagring av data kalles også periferiutstyr.

Hvordan systemenheten fungerer

Av utseende systemenheter er forskjellige i formen på saken.

Personlige datamaskinvesker produseres i horisontal (skrivebord) og vertikal (tårn) versjon.

Vertikale hus kjennetegnes ved dimensjoner:

  • full størrelse (stort tårn);
  • mellomstor (midi-tårn);
  • liten størrelse (minitårn).

Blant sakene som har en horisontal utforming, er det flate og spesielt flate (slanke).

Valget av en eller annen type etui bestemmes av smaken og behovene til å oppgradere datamaskinen.

Den mest optimale typen veske for de fleste brukere er en mini tårnkoffert.

Den har små dimensjoner og kan enkelt plasseres både på skrivebordet, på et nattbord nær skrivebordet eller på en spesiell holder.

Den har nok plass til å romme fem til syv utvidelseskort.

I tillegg til formen er en parameter kalt formfaktor viktig for saken. Kravene til enhetene som skal plasseres avhenger av den.

For tiden brukes hovedsakelig tilfeller av to formfaktorer: AT og ATX.

Formfaktoren til etuiet må stemme overens med formfaktoren til hovedkortet (system) på datamaskinen, det såkalte hovedkortet.

Personlige datamaskinvesker leveres med en strømforsyning, og derfor er strømforsyningen også en av dekselparametrene.

For massemodeller er en strømforsyning på 200-250 W tilstrekkelig.

Systemenheten inkluderer (kan romme):

Hovedkort

Hovedkort (hovedkort) - hovedkortet til en personlig datamaskin, som er et glassfiberark dekket med kobberfolie.

Ved å etse folien oppnås tynne kobberledere som forbinder elektroniske komponenter.

hovedkort befinner seg:

  • prosessor - hovedbrikken som utfører de fleste matematiske og logiske operasjoner;
  • busser - sett med ledere gjennom hvilke signaler utveksles mellom de interne enhetene til datamaskinen;
  • random access memory (random access memory, RAM) - et sett med brikker designet for å lagre data midlertidig når datamaskinen er slått på;
  • ROM (skrivebeskyttet minne) er en brikke designet for langtidslagring av data, inkludert når datamaskinen er slått av;
  • mikroprosessorsett (brikkesett) - et sett med brikker som kontrollerer driften av de interne enhetene til datamaskinen og bestemmer hovedkortets grunnleggende funksjonalitet;
  • kontakter for tilkobling ekstra enheter(spilleautomater).

(mikroprosessor, sentral prosesseringsenhet, CPU) - hoveddatabrikken der alle beregninger utføres.

Det er en stor brikke som lett kan finnes på hovedkortet.

Prosessoren har en stor kjøleribbe med kobberfinner som avkjøles av en vifte.

Strukturelt består prosessoren av celler der data ikke bare kan lagres, men også endres.

De interne cellene til prosessoren kalles registre.

Det er også viktig å merke seg at data plassert i enkelte registre ikke anses som data, men som instrukser som styrer behandlingen av data i andre registre.

Blant prosessorregistrene er det de som, avhengig av innholdet, er i stand til å modifisere utførelsen av kommandoer. Ved å kontrollere sendingen av data til ulike registre hos prosessoren kan du således kontrollere behandlingen av data.

Det er dette programkjøringen er basert på.

Prosessoren er koblet til resten av dataenhetene, og først og fremst til RAM-en, av flere grupper av ledere kalt busser.

Det er tre hovedbusser: databuss, adressebuss og kommandobuss.

Adressebuss

Intel Pentium-prosessorer (nemlig de er de vanligste i personlige datamaskiner) har en 32-bits adressebuss, det vil si at den består av 32 parallelle linjer. Avhengig av om det er spenning på noen av linjene eller ikke, sier de at denne linjen er satt til en eller null. Kombinasjonen av 32 nuller og enere danner en 32-bits adresse som peker til en av RAM-cellene. Prosessoren er koblet til den for å kopiere data fra cellen til et av dens registre.

Data buss

Denne bussen kopierer data fra RAM til prosessorregistre og tilbake. I datamaskiner bygget på Intel Pentium-prosessorer er databussen 64-bit, det vil si at den består av 64 linjer, langs hvilke 8 byte mottas om gangen for behandling.

Kommando buss

For at prosessoren skal kunne behandle data, trenger den instruksjoner. Den må vite hva den skal gjøre med bytene som er lagret i registrene. Disse kommandoene kommer også til prosessoren fra RAM, men ikke fra de områdene der datamatriser er lagret, men fra hvor programmer lagres. Kommandoer er også representert i byte. De enkleste kommandoene passer inn i én byte, men det er også de som krever to, tre eller flere byte. I flertall moderne prosessorer 32-bits kommandobuss (for eksempel i Intel-prosessor Pentium), selv om det er 64-bits prosessorer og til og med 128-bits.

Under drift betjener prosessoren data som er lokalisert i sine registre, i RAM-feltet, så vel som data plassert i de eksterne portene til prosessoren.

Den tolker noen av dataene direkte som data, noen av dataene som adressedata og noen som kommandoer.

Settet med alle mulige instruksjoner som en prosessor kan utføre på data danner det såkalte prosessorinstruksjonssystemet.

Hovedparametrene til prosessorer er:

  • driftsspenning
  • bit dybde
  • driftsklokkefrekvens
  • intern klokkemultiplikator
  • cache-størrelse

Driftsspenningen til prosessoren leveres av hovedkortet, så forskjellige merker prosessorer tilsvarer forskjellige hovedkort (de må velges sammen). Etter hvert som prosessorteknologien utvikler seg, synker driftsspenningen gradvis.

Prosessorkapasiteten viser hvor mange biter med data den kan motta og behandle i sine registre om gangen (i en klokkesyklus).

Prosessoren er basert på samme klokkeprinsipp som i en vanlig klokke. Utførelsen av hver kommando tar et visst antall klokkesykluser.

I en veggklokke er oscillasjonssyklusene satt av en pendel; i manuelle mekaniske klokker er de satt av en fjærpendel; For dette formålet har elektroniske klokker en oscillerende krets som setter klokkesyklusene på en strengt definert frekvens.

I en personlig datamaskin stilles klokkepulsene inn av en av mikrokretsene som er inkludert i mikroprosessorsettet (brikkesettet) som er plassert på hovedkortet.

Jo høyere klokkefrekvens som kommer til prosessoren, jo flere kommandoer kan den utføre per tidsenhet, jo høyere ytelse.

Datautveksling i prosessoren skjer flere ganger raskere enn utveksling med andre enheter, for eksempel RAM.

For å redusere antall tilganger til RAM, opprettes et bufferområde inne i prosessoren - det såkalte cache-minnet. Dette er som "super-RAM".

Når prosessoren trenger data, får den først tilgang til cache-minnet, og bare hvis de nødvendige dataene ikke er der, får den tilgang til RAM.

Ved å motta en blokk med data fra RAM, legger prosessoren den samtidig inn i cache-minnet.

Vellykkede tilganger til cache-minne kalles cache-treff.

Jo større hurtigbufferstørrelsen er, desto høyere trefffrekvens, og det er grunnen til at høyytelsesprosessorer kommer med en større hurtigbufferstørrelse.

Bufferminne er ofte fordelt på flere nivåer.

Cachen på første nivå kjører på samme brikke som selve prosessoren og har et volum i størrelsesorden titalls kilobyte.

L2-cachen er enten på prosessor-dysen eller på samme node som prosessoren, selv om den utføres på en separat die.

Cachen på første og andre nivå opererer med en frekvens som er i samsvar med frekvensen til prosessorkjernen.

Tredje-nivå cache-minne utføres på høyhastighets SRAM-brikker og plasseres på hovedkortet nær prosessoren. Volumet kan nå flere MB, men det fungerer på hovedkortets frekvens.

Hovedkort buss-grensesnitt

Forbindelsen mellom alle opprinnelige og tilkoblede enheter på hovedkortet utføres av bussene og logiske enhetene som ligger i mikroprosessorbrikkesettet (brikkesettet).

Ytelsen til en datamaskin avhenger i stor grad av arkitekturen til disse elementene.

Bussgrensesnitt

ER EN(Industry Standard Architecture) er en utdatert systembuss av IBM PC-kompatible datamaskiner.

EISA(Extended Industry Standard Architecture) - Utvidelse av ISA-standarden. Den har en større kontakt og økt ytelse (opptil 32 MB/s). Som ISA, for tiden denne standarden anses foreldet.

PCI(Periferal Component Interconnect - bokstavelig talt: sammenkobling av perifere komponenter) - en inngangs-/utgangsbuss for tilkobling av eksterne enheter til datamaskinens hovedkort.

AGP(Accelerated Graphics Port - accelerated graphics port) - utviklet i 1997 av Intel, en spesialisert 32-bits systembuss for et skjermkort. Hovedmålet til utviklerne var å øke ytelsen og redusere kostnadene for skjermkortet ved å redusere mengden innebygd videominne.

USB(Universal Serial Bus - universal serial bus) - Denne standarden definerer måten en datamaskin samhandler med periferutstyr. Den lar deg koble til opptil 256 ulike enheter har et seriell grensesnitt. Enheter kan kobles i kjeder (hver påfølgende enhet er koblet til den forrige). Ytelsen til USB-bussen er relativt lav og utgjør opptil 1,5 Mbit/s, men for enheter som tastatur, mus, modem, joystick og lignende er dette nok. Det praktiske med bussen er at den praktisk talt eliminerer konflikter mellom forskjellig utstyr, lar deg koble til og fra enheter i "hot mode" (uten å slå av datamaskinen) og lar deg kombinere flere datamaskiner til den enkleste lokalt nettverk uten bruk av spesialutstyr og programvare.

Parametrene til mikroprosessorsettet (brikkesettet) bestemmer i størst grad egenskapene og funksjonene til hovedkortet.

For tiden produseres de fleste hovedkortbrikkesett på grunnlag av to brikker, kalt "nordbro" og "sørbro".

North Bridge kontrollerer sammenkoblingen av fire enheter: prosessor, RAM, AGP-port og PCI-buss. Derfor kalles den også en kontroller med fire porter.

"South Bridge" kalles også en funksjonell kontroller. Den utfører funksjonene til en harddisk- og diskettkontroller, ISA - PCI-brofunksjoner, tastaturkontroller, musekontroller, USB-buss, etc.

(RAM - Random Access Memory) er en rekke krystallinske celler som er i stand til å lagre data.

Det finnes mange forskjellige typer RAM, men ut fra det fysiske operasjonsprinsippet skiller de mellom dynamisk minne (DRAM) og statisk minne (SRAM).

Dynamisk minne (DRAM) celler kan betraktes som mikrokondensatorer som kan lagre ladning på platene deres.

Dette er det mest vanlige og økonomisk tilgjengelig type hukommelse.

Ulempene med denne typen er for det første forbundet med det faktum at både ved lading og utlading av kondensatorer er forbigående prosesser uunngåelige, det vil si at dataregistrering skjer relativt sakte.

Den andre viktige ulempen er knyttet til det faktum at celleladninger har en tendens til å spre seg i rommet, og det veldig raskt.

Hvis RAM-minnet ikke konstant "lades opp", skjer datatap i løpet av noen få hundredeler av et sekund.

For å bekjempe dette fenomenet gjennomgår datamaskinen konstant regenerering (oppfriskning, opplading) av RAM-celler.

Regenerering skjer flere titalls ganger per sekund og forårsaker sløsing med datasystemressurser.

Statiske minneceller (SRAM) kan betraktes som elektroniske mikroelementer - flip-flops som består av flere transistorer.

Utløseren lagrer ikke ladningen, men tilstanden (på/av), så denne typen minne gir høyere ytelse, selv om den er teknologisk mer kompleks og følgelig dyrere.

Dynamiske minnebrikker brukes som hoved-RAM på en datamaskin.

Statiske minnebrikker brukes som hjelpeminne (det såkalte cache-minnet), designet for å optimere driften av prosessoren.

Hver minnecelle har sin egen adresse, som uttrykkes som et tall.

En adresserbar celle inneholder åtte binære celler hvor 8 bits, det vil si én byte med data, kan lagres.

Dermed kan adressen til enhver minnecelle uttrykkes i fire byte.

RAM i en datamaskin er plassert på standardpaneler kalt moduler.

RAM-moduler settes inn i de tilsvarende sporene på hovedkortet.

Strukturelt sett har minnemoduler to design - enkeltrads (SIMM-moduler) og dobbelrads (DIMM-moduler).

Hovedkarakteristikkene til RAM-moduler er minnekapasitet og tilgangstid.

Tilgangstid viser hvor mye tid som trengs for å få tilgang til minneceller – jo kortere den er, jo bedre. Tilgangstid måles i milliarddeler av et sekund (nanosekunder, ns).

ROM-brikke og BIOS-system

Når datamaskinen er slått på, er det ingenting i RAM-en - verken data eller programmer, siden RAM ikke kan lagre noe uten å lade opp cellene i mer enn hundredeler av et sekund, men prosessoren trenger kommandoer, inkludert i det første øyeblikket etter å ha snudd den på.

Derfor, umiddelbart etter innkobling, settes startadressen på prosessoradressebussen.

Dette skjer i maskinvare, uten deltakelse av programmer (alltid det samme).

Prosessoren adresserer den angitte adressen for sin første kommando og begynner deretter å jobbe i henhold til programmene.

Denne kildeadressen kan ikke peke til RAM, som ennå ikke har noe i seg.

Det refererer til en annen type minne, skrivebeskyttet minne (ROM).

ROM-brikken er i stand til å lagre informasjon i lang tid, selv når datamaskinen er slått av.

Programmer som ligger i ROM kalles "hardwired" - de er skrevet der på stadiet for produksjon av mikrokretsen.

Et sett med programmer plassert i ROM danner det grunnleggende input/output-systemet (BIOS - Basic Input Output System).

Hovedformålet med programmene i denne pakken er å sjekke sammensetningen og funksjonaliteten til datasystem og gir interaksjon med tastaturet, skjermen, harddisken og diskettstasjonen.

Programmene som er inkludert i BIOS lar oss observere diagnostiske meldinger på skjermen som følger med oppstarten av datamaskinen, samt forstyrre oppstartsprosessen ved hjelp av tastaturet.

Ikke-flyktig CMOS-minne

Driften av standardenheter som et tastatur kan støttes av programmer som er inkludert i BIOS, men slike verktøy kan ikke gi drift med alle mulige enheter.

For eksempel vet BIOS-produsenter absolutt ingenting om parametrene til våre harddisker og disketter, de kjenner verken sammensetningen eller egenskapene til noe datasystem.

For å komme i gang med annen maskinvare, må programmene som følger med BIOS vite hvor de finner innstillingene de trenger.

Av åpenbare grunner kan de ikke lagres i verken RAM eller ROM.

Spesielt for dette formålet har hovedkortet en "ikke-flyktig minne"-brikke, kalt CMOS i henhold til produksjonsteknologien.

Den skiller seg fra RAM ved at dens innhold ikke slettes når datamaskinen slås av, og den skiller seg fra ROM ved at data kan legges inn og endres i den uavhengig, i henhold til hvilket utstyr som er inkludert i systemet.

Denne brikken drives konstant av et lite batteri plassert på hovedkortet.

Ladingen av dette batteriet er nok til å sikre at mikrokretsen ikke mister data, selv om datamaskinen ikke er slått på på flere år.

CMOS-brikken lagrer data om fleksible og harddisk, om prosessoren, om noen andre enheter på hovedkortet.

At datamaskinen tydelig sporer tid og kalender (selv når den er slått av) skyldes også at systemklokken hele tiden lagres (og endres) i CMOS.

Dermed leser programmer skrevet i BIOS data om sammensetningen av datamaskinens maskinvare fra CMOS-brikken, hvoretter de kan få tilgang til harddisken, og om nødvendig den fleksible disken, og overføre kontrollen til programmene som er registrert der.

HDD

HDD- hovedenheten for langtidslagring av store mengder data og programmer.

Faktisk er dette ikke én disk, men en gruppe koaksiale disker som har et magnetisk belegg og roterer med høy hastighet.

Dermed har ikke denne "disken" to flater, slik en vanlig flat disk ville ha, men 2n flater, der n er antall individuelle disker i gruppen.

Over hver overflate er et hode designet for lesing og skriving av data.

Ved høye skiverotasjonshastigheter (90 rps) dannes en aerodynamisk pute i gapet mellom hodet og overflaten, og hodet svever over den magnetiske overflaten i en høyde på flere tusendeler av en millimeter.

Når strømmen som flyter gjennom hodet endres, endres intensiteten til det dynamiske magnetfeltet i gapet, noe som forårsaker endringer i det stasjonære magnetfeltet til de ferromagnetiske partiklene som danner belegget på disken. Dette er hvordan data skrives til magneten disk.

Leseoperasjonen skjer i omvendt rekkefølge.

Magnetiserte beleggspartikler som sveiper over høy hastighet nær hodet induseres en selvinduksjons-emf i den.

De elektromagnetiske signalene som genereres i dette tilfellet, forsterkes og overføres for behandling.

Arbeidsledelse harddisk utfører en spesiell maskinvare-logisk enhet - harddiskkontrolleren.

For øyeblikket utføres funksjonene til diskkontrollere av mikrokretser inkludert i mikroprosessorsettet (brikkesettet), selv om noen typer høyytelseskontrollere harddisk fortsatt sendt på et eget brett.

Hovedparametrene til harddisker inkluderer kapasitet og ytelse.

Den kan lagres på harddisken i årevis, men noen ganger må du overføre den fra en datamaskin til en annen.

Til tross for navnet, HDD er en svært skjør enhet, følsom for overbelastning, støt og støt.

Teoretisk sett er det mulig å overføre informasjon fra en arbeidsplass til en annen ved å flytte en harddisk, og i noen tilfeller gjøres dette, men fortsatt anses denne teknikken som lavteknologi, siden den krever spesiell forsiktighet og visse kvalifikasjoner.

For raskt å overføre små mengder informasjon, brukes såkalte fleksible magnetiske disker (disketter), som settes inn i en spesiell lagringsenhet - en diskettstasjon.

Stasjonens mottakshull er plassert på frontpanelet til systemenheten.

Siden 1984 har det blitt produsert 5,25-tommers disketter med høy tetthet (1,2 MB).

I dag brukes ikke 5,25-tommers stasjoner, og 5,25-tommers stasjoner er ikke inkludert i den grunnleggende konfigurasjonen av personlige datamaskiner etter 1994.

3,5-tommers disketter har blitt produsert siden 1980.

I dag anses 3,5-tommers høydensitetsdisker som standard. De har en kapasitet på 1440 KB (1,4 MB) og er merket med bokstavene HD (høy tetthet).

På undersiden har disketten en sentral hylse, som fanges opp av drivspindelen og roteres.

Den magnetiske overflaten er dekket med en skyvegardin for å beskytte den mot fuktighet, smuss og støv.

Hvis en diskett inneholder verdifulle data, kan du beskytte den mot å bli slettet eller overskrevet ved å skyve sikkerhetsklaffen for å lage et åpent hull.

Disketter regnes som upålitelige lagringsmedier.

Støv, skitt, fuktighet, temperaturendringer og eksterne elektromagnetiske felt forårsaker ofte delvis eller fullstendig tap av data som er lagret på en diskett.

Derfor er det uakseptabelt å bruke disketter som hovedmiddel for å lagre informasjon.

De brukes kun til å transportere informasjon eller som en ekstra (backup) lagringsenhet.

Cd rom-stasjon

Forkortelsen CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) er oversatt til russisk som en permanent lagringsenhet basert på en CD.

Driftsprinsippet til denne enheten er å lese numeriske data ved hjelp av en laserstråle som reflekteres fra overflaten av disken.

Digital opptak på en CD er veldig forskjellig fra opptak på magnetiske disker. høy tetthet, og en standard CD kan lagre ca. 650 MB data.

Store datamengder er typiske for multimedieinformasjon (grafikk, musikk, video), så CD-ROM-stasjoner er klassifisert som multimediemaskinvare.

Programvareprodukter distribuert til laserskiver, kalles multimediepublikasjoner.

I dag får multimediepublikasjoner en stadig sterkere plass blant andre tradisjonelle typer publikasjoner.

For eksempel er det bøker, album, leksikon og til og med tidsskrifter (elektroniske magasiner) utgitt på CD-ROM.

Den største ulempen med standard CD-ROM-stasjoner er umuligheten av å ta opp data, men parallelt med dem er det både skrive-engangsenheter CD-R (Compact Disk Recorder) og skrive-engangsenheter CD-RW.

Hovedparameteren til CD-ROM-stasjoner er datalesehastigheten.

Foreløpig er de vanligste enhetene CD-ROM-lesere med en ytelse på 32x-50x. Moderne eksempler på enheter som skrives én gang, har en ytelse på 4x-8x, og skrive-flere enheter – opptil 4x.

TEKNISKE VERKTØY FOR IMPLEMENTERING AV INFORMASJONSPROSESSER

Sammensetning og formål med hovedelementene i en personlig datamaskin

Klassisk datamaskinarkitektur

Grunnleggende om å bygge elektronisk datamaskiner i deres moderne forståelse ble nedfelt på 30-40-tallet av forrige århundre av fremtredende vitenskapsmenn: den engelske matematikeren Alan Turing og amerikaneren av ungarsk opprinnelse John (Janos) Neumann.

Turing-maskinen har ikke blitt en ekte driftsenhet, men til i dag brukes den stadig som hovedmodell for å klargjøre essensen av slike konsepter som "beregningsprosess", "algoritme", samt for å klargjøre forbindelsen mellom algoritmen og datamaskiner.

I 1946 distribuerte John Neyman en rapport på sommersesjonen ved University of Pennsylvania som la grunnlaget for utviklingen av datateknologi i flere tiår fremover. Etterfølgende erfaring med utvikling av datamaskiner viste riktigheten av Neumanns hovedkonklusjoner, som ble utviklet og foredlet i de påfølgende årene. Hovedanbefalingene foreslått av Neumann for datautviklere er som følger:

1. Maskiner som bruker elektroniske elementer skal ikke operere i desimal, men i binærtallsystemet.

2. Programmet skal være plassert i en av maskinblokkene - i en lagringsenhet (minne) med tilstrekkelig kapasitet og passende hastigheter for sampling og skriving av programkommandoer.

3. Programmet, akkurat som tallene som maskinen opererer med, er representert i binær kode. Når det gjelder presentasjonsformen er altså kommandoer og tall av samme type. Denne omstendigheten fører til følgende viktige konsekvenser:

Mellomresultater av beregninger, konstanter og andre tall kan plasseres i samme minne som programmet;

Den numeriske formen til et program lar maskinen utføre operasjoner på mengdene som koder for programmets kommandoer.

4. De aritmetiske enhetene til maskinen er konstruert på grunnlag av kretser som utfører addisjonsoperasjonen. Å lage spesielle enheter for å beregne andre operasjoner er upraktisk.



5. Maskinen bruker et parallelt prinsipp for å organisere beregningsprosessen (operasjoner på ord utføres samtidig med alle sifre).

Datamaskinarkitektur bestemmes vanligvis av settet med egenskapene som er viktige for brukeren. Hovedoppmerksomheten rettes mot strukturen og funksjonalitet maskiner som kan deles inn i hoved- og tilleggsmaskiner.

Grunnleggende funksjoner bestemmer formålet med datamaskinen: behandling og lagring av informasjon, utveksling av informasjon med eksterne objekter. Ytterligere funksjoner øker effektiviteten ved å utføre grunnleggende funksjoner: de gir effektive driftsmoduser, dialog med brukeren, høy pålitelighet, etc. De navngitte funksjonene til en datamaskin implementeres ved hjelp av dens komponenter: maskinvare og programvare.

Personlig datamaskin - Dette er en stasjonær eller bærbar datamaskin som oppfyller kravene til generell tilgjengelighet og universell bruk.

Driftsprinsipp og struktur for en personlig datamaskin

Enhver form for menneskelig aktivitet, enhver prosess for funksjon av et teknisk objekt er forbundet med overføring og transformasjon av informasjon. Informasjon refererer til informasjon om visse naturfenomener, hendelser i samfunnslivet og prosesser i tekniske enheter. Informasjon nedfelt og registrert i materiell form kalles en melding. Meldinger kan være kontinuerlige (analoge) eller diskrete (digitale). En kontinuerlig melding er representert av en fysisk mengde ( elektrisk spenning, gjeldende, etc.), endringer som over tid gjenspeiler forløpet av prosessen som vurderes.

En diskret melding er preget av tilstedeværelsen av et fast sett med elementer, hvorav visse øyeblikk forskjellige sekvenser dannes over tid. Datamaskiner er informasjonsomformere; i dem konverteres de første dataene til et problem til resultatet av dets løsning, og de tilhører klassen av diskret handling - digital.

Hovedfunksjon datamaskin er prinsippet om programkontroll, på grunnlag av hvilken det oppnås automatisk kontroll problemløsningsprosess. Et annet viktig prinsipp er lagret programprinsipp, som sier at et digitalt kodet program lagres i minnet sammen med tall. Kommandoen indikerer ikke selve tallene som er involvert i operasjonene, men adressene til RAM-cellene de er plassert i og adressen til cellen hvor resultatet av operasjonen er plassert.

Driften av en personlig datamaskin (PC) kan kort beskrives som følger. Når du slår på datamaskinen, tester oppstartsprosessen PC-komponentene spesialprogram, "kablet" til ROM (BIOS). Samtidig tester dette programmet ("revitals") periferiutstyr PC. Deretter lastes et sett med programmer (operativsystem) og innledende data for beregninger inn i PC RAM. Denne oppstarten kan gjøres fra tastaturet eller fra en av diskstasjonene. Operativsystemet bestemmer operasjonssekvensen til PC-enheter og rekkefølgen på datainntasting, algoritmer for å behandle dem og porter for å sende ut resultater. Vanligvis blir data hentet fra noen minneceller i RAM, behandlet av mikroprosessoren og deretter sendt av den til andre minneceller. Om nødvendig sendes de oppnådde resultatene til en skriver for utskrift gjennom spesielle porter.


Fig.2. Forstørret strukturordning PC


Datamaskinstruktur dette er en viss modell som etablerer sammensetningen, rekkefølgen og prinsippene for samhandling av komponentene.

Figur 1 viser et forenklet funksjonsdiagram av en personlig datamaskin, figur 2 viser det forstørrede blokkskjemaet.

Mikroprosessor. Dette er en sentral PC-enhet designet for å kontrollere driften av alle maskinblokker og for å utføre aritmetiske og logiske operasjoner på informasjon (fig. 3). Mikroprosessoren inkluderer:

- kontrollenhet(CU) – genererer og leverer til alle blokker av maskinen til riktig tid visse kontrollsignaler (kontrollpulser), bestemt av spesifikasjonene til operasjonen som utføres og resultatene av tidligere operasjoner; genererer adresser til minneceller brukt av operasjonen som utføres og overfører disse adressene til de tilsvarende datamaskinblokkene; kontrollenheten mottar en referansesekvens av pulser fra generatoren klokkepulser;

- aritmetisk logikkenhet(ALU) – designet for å utføre alle aritmetiske og logiske operasjoner på numerisk og symbolsk informasjon. I noen PC-modeller, en ekstra matematisk koprosessor, brukt for akselerert utførelse av operasjoner på binære flyttall, på binærkodede tall desimaltall, for å beregne noen trigonometriske funksjoner med høy nøyaktighet;

- mikroprosessor minne– tjener til korttidslagring, registrering og utdata av informasjon som brukes direkte i beregninger i de neste syklusene med maskindrift. Den brukes for å sikre høy hastighet på maskinen, fordi hovedminnet ikke alltid gir hastigheten på skriving, søk og lesing av informasjon som er nødvendig for effektivt arbeid høyhastighets mikroprosessor.

- mikroprosessor grensesnittsystem - implementerer sammenkobling og kommunikasjon med andre PC-enheter.

Grensesnitt(grensesnitt) – et sett med midler for sammenkobling og kommunikasjon av datamaskinenheter, for å sikre effektiv interaksjon.

Hovedegenskapene til mikroprosessoren:

Klokkefrekvens, som viser hvor mange instruksjoner (handlinger) prosessoren er i stand til å utføre i løpet av et sekund;

Arkitektur, spesielt størrelsen på hurtigbufferminnet (for flere detaljer, se avsnittet...).

Noen bruksområder for prosessoren, annet enn brukerens personlige datamaskin:

Trafikklys kontrolleren;

Interaktive leker;

Bil digitalt navigasjonssystem;

Kontroll av tenning og drivstofftilførsel i biler;

Skrivere;

Lydtekniker konsoll;

Lokomotiver (mikroprosessor kontrollerer motorens strømforsyning);

Interaktiv berøringsvideoskjerm;

Kontroll over energiforbruk;

Teknologisk kontroll (mikroprosessoren kontrollerer forholdene i produksjonsprosessen - temperatur, trykk eller materialforbruk);

Fiske elektronisk agn;

Elektronisk orgel, gitar, synthesizer;

Helium detektor;

Treningsutstyr;

Elektronisk spill"Dart";

Forskning instrumenter;

Kontroller for fortøyning av koblinger av marine fartøy mv.

Klokkegenerator. Den genererer en sekvens av elektriske impulser; frekvensen til de genererte pulsene bestemmer klokkefrekvens biler. Tidsintervallet mellom tilstøtende pulser bestemmer tiden for én syklus med maskindrift eller ganske enkelt maskinens driftssyklus. Frekvensen til klokkepulsgeneratoren er en av hovedkarakteristikkene til en personlig datamaskin og bestemmer i stor grad hastigheten på dens drift, siden hver operasjon i maskinen utføres i et visst antall klokkesykluser.

hjem kjennetegn Strukturen til en personlig datamaskin består av en systembuss der alle enhetene samhandler og utveksler informasjon.

PC-busser. Datamaskinen er bygget på et ryggradsmodulært prinsipp, der alle datablokker er sammenkoblet av en systembuss designet for utveksling av data, adresse og kontrollinformasjon mellom komponenter datamaskin. Systembussen bestemmer den generelle rekkefølgen for utveksling mellom alle datamaskinblokker, samt det maksimale antallet inngangs-/utgangsenheter som brukes. Det inkluderer adresse buss, data buss Og kontroll buss. En adressebuss og en databuss er nødvendig for å overføre adressene til de ønskede cellene fra mikroprosessoren, og deretter lese (eller skrive til) de tilsvarende dataene fra dem. For å sikre samhandling mellom individuelle datamaskinnoder er det en kontrollbuss som overfører styresignaler som PC-enheter utveksler med hverandre.

I tillegg er det strømbuss, med ledninger og grensesnittkretser for å koble PC-enheter til strømforsyningssystemet.

PC-busser er preget av to hovedparametere - bitdybde og overføringshastighet. digitale signaler. Bitbredden til databussen er spesielt viktig - den må samsvare med bitbredden til mikroprosessoren.

Alle eksterne enheter, eller rettere sagt deres I/O-porter, er koblet til bussen på samme måte gjennom de tilsvarende enhetlige koblingene (skjøter): direkte eller gjennom kontrollere (adaptere). Systembussen styres av mikroprosessoren enten direkte eller gjennom en ekstra brikke - busskontroller, genererer hovedkontrollsignalene.

Hovedminne. Den er designet for å lagre og raskt utveksle informasjon med andre enheter på maskinen. Hovedminne inkluderer to typer lagringsenheter: skrivebeskyttet minne (ROM) og random access memory (RAM).

ROM er vanligvis i form av en brikke loddet inn i hovedkortet og kan ikke erstattes. Informasjon registrert i ROM kan ikke endres av brukeren, noe som gjenspeiles godt i den engelske versjonen av navnet Read Only Memory - read-only memory. Dette minnet lagrer programmer for å teste hovedkomponentene til datamaskinen, og starte lasting operativsystem og vedlikehold av datainn- og utdataoperasjoner. Disse programmene er så å si permanent "kablet" inn i ROM.

RAM er designet for å lagre informasjon (programmer og data) som er direkte involvert i databehandlingsprosessen på det nåværende stadiet av PC-drift. RAM - flyktige minne: når forsyningsspenningen er slått av, går informasjonen som er lagret i den tapt (for flere detaljer, se avsnitt 3).

Eksternt minne. Den brukes til langtidslagring av all informasjon som kan være nødvendig for å løse problemer. Spesielt er alt lagret i eksternt minne programvare datamaskin. Eksternt minne inkluderer ulike typer lagringsenheter (lagringsenheter på kassettmagnetbånd (streamere), stasjoner på optiske disker(CD-ROM)), men de vanligste, tilgjengelig på nesten alle datamaskiner, er harddisker (HDD) og diskettstasjoner (FLMD). Hensikten med disse stasjonene er å lagre store mengder informasjon, registrere og frigi lagret informasjon på forespørsel til en minneenhet med tilfeldig tilgang (for mer detaljer, se avsnitt...).

Kraftenhet. Dette er en blokk (fig. 4) som inneholder autonome og nettverksstrømforsyningssystemer for PC-er. Strømforsyningen utfører to kritiske funksjoner: den gir stabilisert spenning til alle systemkomponenter og avkjøler innsiden av datamaskinen.

Timer. Disse er inne i maskinen Digital klokke, gir, om nødvendig, automatisk registrering av gjeldende tidspunkt (år, måned, timer, minutter, sekunder og brøkdeler av sekunder). Timeren er koblet til en autonom strømkilde - et batteri og fortsetter å fungere når maskinen er koblet fra nettverket.

Eksterne (perifere) enheter. Under perifert forstå enhver enhet som er strukturelt atskilt fra den sentrale delen av PC-en (mikroprosessor og hovedminne), har sin egen kontroll og utfører forespørsler fra mikroprosessoren uten direkte intervensjon.

Etter formål kan følgende eksterne PC-enheter skilles:

Inndataenheter for informasjon;

Informasjonsutgang og visningsenheter;

Pekeutstyr (manipulatorer, kontrollenheter);

Kommunikasjons- og telekommunikasjonsenheter.

TIL inndataenheter relatere:

Tastatur – en enhet for å manuelt legge inn tekst, numerisk og kontrollinformasjon på en PC (for mer detaljer, se avsnitt...);

Skanner - en enhet for automatisk å lese tekster, grafer, bilder, tegninger fra papir eller andre medier og overføre dem til en digital (datamaskin) form til en PC (for flere detaljer, se avsnitt...);

- grafisk nettbrett (digitizer) - en enhet for manuelt å legge inn grafisk (sjeldnere tekst) informasjon og bilder. Grafisk nettbrett– dette er to enheter – selve nettbrettet og pennen. Fra et spesielt nettbrett utstyrt med en sensitiv overflate som reagerer på signaler som sendes ut av pennen, blir de nøyaktige koordinatene til "kontaktpunktet" overført til datamaskinen. Pennen, når den er i kontakt med nettbrettet, sender ut spesielle signaler som forteller hvilken farge dette eller det elementet skal tegnes på datamaskinen, hvor tykt slaget skal være osv. Brukt av datakunstnere og designere.

Berøringsskjermer– enheter for å legge inn individuelle bildeelementer, programmer eller kommandoer fra en delt skjerm til en PC;

Digitale kameraer. Utseendemessig er de ikke så forskjellige fra et vanlig kamera, og de produseres av de samme selskapene som lager vanlige kameraer. Forskjellen er at i stedet for film bruker et digitalkamera et spesielt minneelement som lagrer bildet overført fra linsen som en ukomprimert (TIFF) eller komprimert fil med noe tap av kvalitet (JPEG-komprimering). Den resulterende filen blir senere overført til datamaskinen, og deretter kan den behandles i hvilken som helst grafisk redaktør og, om nødvendig, skriv det ut som et vanlig fotografi på en spesiell skriver. Denne gruppen av informasjonsinndataenheter inkluderer også digitale videokameraer og Mobil;

Mikrofoner er enheter som oppfatter lyd i analog form. For at en datamaskin skal registrere slike signaler på magnetiske disker og behandle dem, må signalene konverteres fra analog til digital form. Dette oppnås ved hjelp av en spesiell enhet - en analog-til-digital-omformer (ADC);

MIDI keyboard (MIDI – Musical Instrument Digital Interface) er en enhet som kobles til et lydkort. I motsetning til synthesizere, er ikke et MIDI-keyboard i seg selv i stand til å produsere lyder: det er blottet for "stuffing" for lydskaping. Denne rollen er gitt til lydkortet. Rollen til et slikt tastatur er å gi kommandoer til den innebygde synthesizeren: hvilken note av hvilken varighet og på hvilket instrument datamaskinen skal spille. Elementer av et MIDI-keyboard: selve keyboardet er en forenklet kopi av et piano; verktøykontroller som lar deg bytte tastaturet for å simulere noen av de i arsenalet ditt lydkort verktøy.

TIL informasjonsutgang og visningsenheter relatere:

Monitor (display) – en enhet for visning av tekst og grafisk informasjon uten dens langsiktige fiksering (for flere detaljer, se avsnitt ...);

En skriver er en enhet som sender ut data fra en datamaskin til papir i en lettlest form. Skrivere lar deg få en papirkopi av et dokument. De vanligste typene skrivere er: matriseskrivere (støt- og termiske skrivere), blekkskrivere med fargeblekk, laserskrivere, ved å bruke den elektrografiske metoden for bildedannelse (for flere detaljer, se avsnitt ...);

Plottere (plottere) er enheter for utmating av grafisk informasjon (grafer, tegninger, tegninger) fra en PC til papir. De brukes i datastøttet design;

Hodetelefoner, høyttalere – enheter for utmating av lydinformasjon.

TIL pekeutstyr relatere:

En mus er en enhet designet for å fungere i et miljø med grafisk grensesnitt bruker;

En styrekule er en enhet som utfører funksjoner som ligner på en mus, i motsetning til at det ikke er kroppen som beveger seg, men bare ballen;

Joysticken lar deg flytte markøren på skjermen i én av fire retninger. Brukes til å samhandle med spillprogrammer;

Kommunikasjons- og telekommunikasjonsenheter brukes til kommunikasjon med instrumenter og annet automasjonsutstyr og for å koble PC-er til kommunikasjonskanaler, til andre datamaskiner og datanettverk. Disse inkluderer:

Modem (fra ordene modulasjon-demodulasjon) er en enhet designet for å koble en datamaskin til analoge linjer telefonkommunikasjon. Det slipper gjennom ordinært telefonlinje arbeid på Internett. Modemet utfører følgende funksjoner: ved overføring, konvertering av digital kode til analoge signaler ved mottak, filtrering av det mottatte signalet fra interferens, dvs. omvendt konvertering av det analoge signalet til digital kode;

Nettverksadapter er et eksternt grensesnitt til en PC og tjener til å koble den til en kommunikasjonskanal for å utveksle informasjon med andre datamaskiner, for å fungere som en del av datanettverkå sikre overføring av informasjon fra en datamaskin til kommunikasjonsmiljøet;

Dataoverføringsmultiplekser er en flerkanalsenhet for å koble en datamaskin med flere kommunikasjonskanaler.

Grunnleggende PC-konfigurasjon

Strukturelt er PC-er utformet som en sentral systemenhet, som eksterne enheter kobles til via kontakter: ekstra minneenheter, tastatur, skjerm, skriver, etc.

Systemenhet inkluderer vanligvis hovedkortet, strømforsyning, diskstasjoner, kontakter for tilleggsenheter og utvidelseskort med kontrollere - adaptere eksterne enheter.

hovedkortet(kalles oftere hovedkort – Mother Board), som regel er lokalisert:

Mikroprosessor;

Matematisk koprosessor;

Klokke generator;

Blokker (brikker) av RAM og ROM;

Tastaturadaptere, HDD og HDD;

Timer osv.

prosessor

Mikroprosessor(MP) (sentral prosessor - Central Processing Unit (CPU)) er en funksjonelt komplett programvarestyrt informasjonsbehandlingsenhet, laget i form av en eller flere store eller ultrastore integrerte kretser. Prosessoren er "hjernen" til PC-en. Den løser alle generelle dataproblemer og koordinerer driften av minne, videoadapter, diskstasjoner og andre systemkomponenter. Prosessoren er en ekstremt kompleks brikke som er koblet direkte til hovedkortet på de fleste PC-er, men er noen ganger installert på et datterkort, som igjen er koblet til hovedkortet gjennom et spesialisert spor.

MP utfører følgende funksjoner:

Lese og dekryptere kommandoer fra hovedminnet;

Lese data fra hovedminnet og registre for ekstern enhetsadapter;

Motta og behandle forespørsler og kommandoer fra adaptere for service på eksterne enheter;

Bearbeide data og skrive dem til hovedminnet og registre over eksterne enhetsadaptere;

Generering av styresignaler for alle andre PC-noder og blokker.

Bredden på MP-databussen bestemmer bredden på PC-en som helhet; Bredden på MP-adressebussen er adresserommet.