Лекции по информатике 1 курс

 

3. Классификация ПК

Согласно международного сертификационного стандарта - спецификация PC99, устанавливаются след. Категории РС:

• Массовый - большинство на рынке
• Деловой - минимальны требования к средствам воспроизведения графики, звука нет.
• Портативный - обязательно наличие средств компьютерной связи.
• рабочая станция - повышены требования к устройствам хранения данных.
• Развлекательный - повышены требования к средствам воспроизведения графики и звука.

По уровню специализации:

• универсальные
• специализированные:
• бортовые компьютеры
• графические станции
• файловые сервера - объединяют компьютеры в одну сеть
• сетевые серверы - обеспечивают передачу информации между участками всемирной сети.

По типоразмеру:

• настольные
• портативные
• карманные

По совместимости:

По типу используемого процессора

 

4. Архитектура ЭВМ

    Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов. К таким принципам относятся:

1. Структура памяти
2. Способы доступа к памяти и внешним устройствам
3. Возможность к изменению конфигурации компьютера
4. Система команд
5. Форматы данных
6. Организация интерфейса

    В 1946 году американский математик Джон фон Нейман изложил свою идею о построении ЭВМ:

• Для хранения информации удобнее использовать двоичную систему
• Предложил принцип “хранимой программы” в виде набора 0 и 1 в памяти.

   Архитектура ЭВМ построенная на принципах фон НЕЙМАНА:

• МП Оперативное запоминающее устройство
• Внешнее запоминающее устройство
• Устройства ввода
• Устройства вывода

   В современных ЭВМ в основном используется шинная организация подключения устройств(магистральная). Это позволяет через общую шину осуществлять обмен информацией между любыми узлами ЭВМ, и упрощает подключение дополнительных узлов, но при большом количестве подключенных узлов возникает перегрузка шины, что тормозит работу компьютера. Для устранения такого недостатка могут вводится дополнительные шины. Общая шина состоит из:

• шины данных
• шины адреса
• шины управления.

    Использование интегральных схем вместо транзисторов позволило значительно повысить производительность центрального процессора, однако скорость работы устройств ввода-вывода требует сравнительно больше времени.

    Для высвобождения центрального процессора были разработаны дополнительные схемы: каналы обмена, контроллеры внешнего устройства, которые управляют работой внешнего устройства ( клавиатура, принтера, монитора и т.д. ).

    Программа под управлением которой работает внешнее устройство называется драйвером.

 

5. Базовая аппаратная конфигурация ПК

      Конфигурация ПК (его состав) можно гибко изменить по мере необходимости. В настоящее время в базовой конфигурации рассматриваются четыре устройства:

• системный блок
• монитор
• клавиатура
• мышь.

5.1 Системный блок

    Системный блок - основной узел, устройства, находящиеся внутри него называются внутренними, подключаемые к нему - внешними. Внешние дополнительные устройства для ввода, вывода, длительного хранения данных называются периферийными.

    Внутренние устройства системного блока:

• материнская плата на ней размещаются

• процессор
• микропроцессорный комплекс(чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы
• шины по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера
• оперативная память ОЗУ - МС для хранения данных
• ПЗУ МС для длительного хранения данных
• Разъемы для подключения дополнительных устройств(слоты)

• Жесткий диск для долговременного хранения больших объемов данных и программ, состоит из нескольких соосных дисков, каждый из которых имеет две поверхности. Над каждой поверхностью располагается головка для чтения-записи данных.

    Запись осуществляется след. образом: при высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте нескольких тысячных мл. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение магнитного поля ферромагнитных частиц покрытия диска.

    Считывание осуществляется след. образом: намагниченные частицы покрытия диска, проносящиеся вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку. Работой жесткого диска управляет специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска.

    Основные параметры жесткого диска емкость (в Гбайтах, зависит от технологии изготовления) и производительность - скорость внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с, зависит типа интерфейса связи с материнской платой и технологии изготовления) и среднее время доступа (5-10 мкс, зависит от скорости вращения диска).

• Дисковод гибких дисков: позволяют переносит информацию на гибкий диск и обратно. ГД используются обычно для переноса информации. Основные параметры ГД технологический размер, плотность записи и полная емкость. 3,5 дюйма, высокой плотности емкостью 1,4 Мбайт, маркируются HD. Пыль, грязь, влага, электромагнитные поля часто приводят к потере данных, ГМД малонадежны.
• Дисковод компакт-дисков CD-ROM - используются с 1994-1995 г., означает ПЗУ на основе компакт-диска. Стандартный объем 650 Мбайт. Существуют CD-R и CD-RW. Считывание и запись с помощью лазерного луча, который обеспечивает высокую плотность записи. Основным параметром является скорость чтения данных 150 Кб/с, 300, 600, 32-48-кратной производительностью.
• Видео карта (видеоадаптер) - физически это отдельная дочерняя плата, которая вставляется в слот материнской платы. Управляет выводом видеоинформации на монитор. Основные характеристики:

• тип стандарта в настоящее время применяют стандарт SVGA, 16,7 миллионов оттенков
• разрешение экрана - количество точек по горизонтали и вертикали 1280*1024 для 19 дюймов и т.д.
• цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество оттенков, зависит от объема видеопамяти P:

 

m, n - разрешения в точках по горизонтали и вертикали в точках

b - разрядность кодирования цвета

      - видеоускорение - свойство, позволяющее часть операций по построению изображения выполнять без вычислений в основном процессоре АК, а чисто аппаратным путем - преобразованием в своих МС, входит в состав видеоадаптера или поставляются как отдельная плата. Различают ускорители 2D и 3D-графики.

 

• Звуковая карта - дочерняя плата подключаемая к материнской, выполняет вычислительные операции , связанные с обработкой звука. К выходам звуковой карты подключаются звуковые колонки, внешний усилитель микрофон.

Основной параметр разрядность - количество бит для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот. 16-ти, 32-ух, 64-разрядные устройства.

 

5.2 Монитор

      Монитор - устройство визуального представления данных. Основные потребительские параметры: размер, шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

      Размер монитора в дюймах 14, 15, 17, 19, 20, 21. Изображение на экране получается в результате облучения люминофорного покрытия пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым, синим цветом.

      Для получения четкого изображения перед люминофором ставят маску - панель с регулярно расположенными отверстиями или вертикальными проволочками. Шаг между отверстиями или щелями - шаг маски, чем меньше тем четче изображение. (0,25-0,27мм).

      Частота регенерации (обновления, частота кадров) изображения показывает, сколько раз в секунду монитор может полностью сменить изображение, определяется также свойствами и настройками видеоадаптера. В Гц, min - 75 Гц.

      Класс защиты - в настоящее время международные стандарты:

MPR-II - ограничивает уровень электромагнитного излучения,

TCO-92 - сохранил нормы,

TCO-95 - появились эргономические нормы,

TCO-99 - ужесточены нормы качества изображения.

5.3 Клавиатура

 

      Клавиатура - клавишное устройство управления ПК. Служит для ввода в ПК данных и команд.

      Относится к стандартным средствам ПК, программное обеспечение - драйвер находится в ПЗУ, в составе BIOS.

• при нажатии на клавишу специальная МС выдает скан-код символа в порт клавиатуры - аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.
• Процессор, в соответствии со скан-кодом, обрабатывает прерывание.
• Затем процессор возвращается к прерванной работе.

Введенный символ хранится в буфере клавиатуры, пока его не заберет на обработку какая-нибудь программа.

 

5.4 Мышь

 

      Устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по поверхности вызывает синхронное перемещение указателя мыши на экране. Не является стандартным устройством, нуждается в поддержке специальной программой - драйвером мыши, которую нужно установить при первом включении или при установке ОС. Драйвер мыши анализирует сигналы от нее и передает эту информацию ОС или программам.

 

6. Внутренняя организация микропроцессора

 

      Микропроцессор - основная МС ПК, в которой производятся все вычисления. Состоит из ячеек, данные в которых могут не только хранится но и изменятся. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Управляя засылкой данных в регистры можно управлять обработкой данных. С остальными устройствами процессор связан группами проводников шинами адреса, данных команд.

(АЛУ, УУ, микро процессорная память на регистрах могут быть общие и специальные - счетчик адреса, регистр команд, регистр флагов)

 

7. Основной цикл работы ЭВМ

 

обработка машинной команды:

• Согласно адреса из счетчика адреса в регистр команд считывается из памяти следующая команда
• Счетчик адреса команд автоматически изменяет свое значение - заносится адрес следующей команды
• Команда находящаяся в регистре команд расшифровывается, считываются необходимые данные и выполняются действия над ними

Таким образом выполняется вся программа, хранящаяся в ОЗУ.

 

8. Система команд

 

Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд: