هندسة الكمبيوتر

تصنيف الكمبيوتر

كتل الكمبيوتر الأساسية والغرض منها

واجهة النظام في الجهاز

المواصفات الوظيفية للكمبيوتر

إي في إم (كمبيوتر) – مجموعة من الوسائل التقنية المصممة للمعالجة التلقائية للمعلومات في عملية حل المشكلات الحسابية والمعلوماتية.

علامات التصنيف:

وفقًا لمبدأ التشغيل (ولكنها تختلف عن بعضها البعض في نوع عرض المعلومات)؛

بمراحل الخلق؛

بالميعاد؛

في الحجم والوظيفة.

هندسة الكمبيوتر - مجموعة من خصائصه الضرورية للمستخدم.

هيكل الكمبيوتر ووظائفه:

الأساسية (توفير معالجة وتخزين المعلومات، وتبادل المعلومات مع كائنات خارجية)؛

إضافية (توفير أوضاع تشغيل فعالة، والحوار مع المستخدم، والموثوقية العالية).

يتم تنفيذ وظائف الكمبيوتر المسماة باستخدام مكوناته: الأجهزة والبرامج.

كمبيوتر شخصي - كمبيوتر مكتبي أو محمول يلبي متطلبات إمكانية الوصول العامة وعالمية الاستخدام.

مزايا الكمبيوتر:

تكلفة منخفضة (في حدود إمكانية الوصول لمستخدم فردي)؛

استقلالية التشغيل؛

مرونة الهندسة المعمارية (القدرة على التكيف مع التطبيقات المختلفة في الإدارة والعلوم والتعليم والحياة اليومية)؛

"ملاءمة" نظام التشغيل والبرمجيات (القدرة على العمل دون تدريب خاص)؛

موثوقية تشغيلية عالية.

أنواع أجهزة الكمبيوتر:

إصدار سطح المكتب (سطح المكتب)؛

نسخة الركبة (كمبيوتر محمول).

نسخة دفتر الملاحظات.

الجيب (بالم أعلى - محمول باليد) ؛

السكرتيرات الإلكترونية (PDA - المساعد الرقمي الشخصي)، تتمتع بوظائف أوسع مثل جهاز كمبيوتر عادي وبرنامج مدمج لإدارة المعلومات الشخصية (العناوين وأرقام الهواتف وجداول الاجتماعات وما إلى ذلك)؛

الدفاتر الإلكترونية (المنظم).

التكوين الأساسي (النموذجي) للكمبيوتر الشخصي:

وحدة النظام (هذا هو الرابط المركزي لنظام الكمبيوتر)؛

الشاشة (مصممة لعرض المعلومات النصية والرسومية)؛

لوحة المفاتيح (تُستخدم لإدخال النصوص والأرقام والأوامر في الكمبيوتر)؛

تصنيف وحدات النظام:

أفقي (سطح المكتب، مسطح ومسطح إضافي (رفيع))؛

عمودي (برج، كامل الحجم، متوسط ​​الحجم، صغير الحجم).

تحتوي وحدة النظام على أهم المكونات:

لوحة اللوحة الأم (النظام) (تحتوي على معالج مركزي، مجموعة شرائح معالجات دقيقة، معالج رياضي مساعد، مولد ساعة، وحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM)، الناقلات، محولات لوحة المفاتيح، محرك الأقراص الصلبة (HDD)، محرك الأقراص الثابتة (HDD)، وحدة التحكم في المقاطعة، جهاز ضبط الوقت، وما إلى ذلك.)

وحدة الطاقة؛

محركات الأقراص؛

محركات الأقراص؛

موصلات لأجهزة إضافية؛

لوحات التوسعة مع وحدات التحكم (المحولات) للأجهزة المختلفة.

تسمى الأجهزة الإضافية الخارجية المصممة للإدخال والإخراج وتخزين البيانات على المدى الطويل بالأجهزة الطرفية.

هيكل الكمبيوتر:

المعالج الدقيق (وحدة مركزية مصممة للتحكم في تشغيل جميع وحدات الآلة ولإجراء العمليات الحسابية والمنطقية على المعلومات)؛

مولد نبض الساعة (يولد سلسلة من النبضات الكهربائية، يحدد ترددها تردد ساعة الآلة)؛

ناقل النظام (نظام الواجهة الرئيسي لجهاز الكمبيوتر، والذي يضمن التواصل والاتصال بين جميع أجهزته مع بعضها البعض؛ من الناحية الفنية، يتكون الناقل من حزمة من الأسلاك التي يتم من خلالها نقل الإشارات. واجهة الناقل مع الناقل يسمى الجهاز بمنفذ، والذي، من أجل التحديد، يتم تعيين رقم يسمى عنوان)؛

الذاكرة الرئيسية (مصممة لتخزين المعلومات وتبادلها بسرعة مع الوحدات الأخرى في الجهاز)؛

الذاكرة الخارجية (تستخدم لتخزين المعلومات على المدى الطويل، ويتم تخزين جميع برامج الكمبيوتر فيها)؛

مصدر الطاقة (وحدة تحتوي على نظام إمداد الطاقة المستقل والشبكة) ؛

مؤقت (ساعة إلكترونية في الجهاز، متصلة بمصدر طاقة مستقل، تعمل عند فصلها عن الشبكة)؛

الأجهزة الخارجية.

يتم التنسيق بين العقد والكتل الفردية باستخدام الأجهزة المنطقية الانتقالية - واجهات الأجهزة.

تسمى معايير واجهات الأجهزة بالبروتوكولات.

بروتوكول هي مجموعة من الشروط الفنية التي يجب توفيرها من قبل مطوري الأجهزة لتنسيق عملها بنجاح مع الأجهزة الأخرى.

تكوين المعالجات الدقيقة:

جهاز التحكم (يولد ويزود إشارات تحكم معينة، ويولد عناوين خلايا الذاكرة وينقل هذه العناوين إلى الكتل المقابلة، ويستقبل سلسلة من النبضات من مولد نبض الساعة)؛

وحدة حسابية منطقية (تجري عمليات حسابية ومنطقية على المعلومات الرقمية والرمزية)؛

ذاكرة المعالجات الدقيقة (تُستخدم للتخزين قصير المدى وتسجيل وإخراج المعلومات، وهي مبنية على السجلات وتستخدم لضمان السرعة العالية للجهاز؛ والسجلات عبارة عن خلايا ذاكرة عالية السرعة بأطوال مختلفة)؛

نظام واجهة المعالج الدقيق (ينفذ الاقتران والاتصال مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى، ويتضمن واجهة داخلية، وسجلات تخزين مؤقت، ودوائر التحكم لمنافذ الإدخال والإخراج (يسمح لك بتوصيل جهاز كمبيوتر آخر) وحافلة النظام.

يعد تردد مولد الساعة أحد الخصائص الرئيسية لجهاز الكمبيوتر ويحدد إلى حد كبير سرعة تشغيله، لأنه يتم تنفيذ كل عملية في عدد معين من الدورات.

دورة تشغيل الآلة - الفاصل الزمني بين النبضات المتجاورة.

واجهة النظام داخل الآلة (نظام اتصال وربط بين عقد وكتل الكمبيوتر مع بعضها البعض) عبارة عن مجموعة من خطوط الاتصال الكهربائية (الأسلاك) ودوائر الواجهة مع مكونات الكمبيوتر والبروتوكولات (الخوارزميات) لنقل الإشارات وتحويلها.

خيارات لتنظيم واجهة داخل الآلة:

واجهة متعددة التوصيل (يتم توصيل كل كتلة كمبيوتر شخصي بكتل أخرى بواسطة أسلاكها المحلية المستخدمة في أبسط أجهزة الكمبيوتر المنزلية) ؛

واجهة اتصال واحدة (جميع كتل الكمبيوتر متصلة ببعضها البعض عبر ناقل مشترك أو ناقل النظام).

تستخدم كواجهة للنظام نظام الحافلات .

يمكن استخدام ما يلي كحافلة النظام:

حافلات التوسعة (الحافلات ذات الأغراض العامة التي تسمح لك بتوصيل عدد كبير من الأجهزة المختلفة)؛

الحافلات المحلية (المتخصصة في خدمة عدد قليل من الأجهزة من فئة معينة).

تتضمن حافلة النظام ما يلي:

ناقل بيانات الكود (يحتوي على أسلاك ودوائر توصيل للنقل المتوازي لجميع أجزاء الكود الرقمي؛ يقوم بنسخ البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي إلى سجلات المعالج والعودة)؛

ناقل رمز العنوان (يتضمن الأسلاك والدوائر البينية للنقل المتوازي لجميع أجزاء رمز خلية الذاكرة الرئيسية أو منفذ الإدخال/الإخراج لجهاز خارجي)؛

ناقل تعليمات التعليمات البرمجية (يحتوي على أسلاك ودوائر واجهة لنقل التعليمات إلى جميع وحدات الجهاز)؛

ناقل الطاقة (يحتوي على أسلاك ودوائر واجهة لتوصيل وحدات الكمبيوتر بنظام إمداد الطاقة).

يوفر ناقل النظام نقل المعلومات:

يتم توصيل منافذ الإدخال / الإخراج لجميع كتل الماكينة من خلال الموصلات الموحدة المقابلة مباشرة أو من خلال وحدات التحكم (المحولات).

يتم تبادل المعلومات بين الأجهزة الخارجية وناقل النظام باستخدام رموز ASCII.

حافلات التوسعة:

إطار العجلة حافلة آر إس/إكس تي - ناقل بيانات 8 بت وناقل عنوان 20 بت، تردد الساعة 4,77 ميجاهرتز، يحتوي على 4 خطوط لمقاطعات الأجهزة و4 قنوات للوصول المباشر إلى الذاكرة؛

إطار العجلة حافلة PC/AT - ناقل بيانات 16 بت وناقل عنوان 24 بت، بتردد ساعة يصل إلى 8 ميجاهرتز، ويمكن أيضًا استخدام MP بتردد ساعة يصل إلى 16 ميجاهرتز، ويحتوي على 7 خطوط لمقاطعات الأجهزة و4 قنوات للوصول المباشر إلى الذاكرة؛

إطار العجلة هو (بنية الصناعة القياسية) - ناقل بيانات 16 بت وناقل عنوان 24 بت، تردد الساعة 8 ميجا هرتز، يمكن استخدامه أيضًا مع MP بتردد ساعة يصل إلى 50 ميجا هرتز، ويحتوي على ما يصل إلى 15 سطرًا لمقاطعات الأجهزة وما يصل إلى 11 قناة للوصول المباشر إلى الذاكرة، وزيادة مساحة العنوان إلى 16 ميجابايت، ومعدل النقل نظريًا 16 ميجابايت/ثانية، وعمليًا - 4-5 ميجابايت/ثانية؛

إطار العجلة عيسى (ISA الموسع) – ناقل بيانات 32 بت وناقل عنوان 32 بت، تردد الساعة 8-33 ميجاهرتز، مساحة العنوان 4 جيجابايت، عرض النطاق الترددي يصل إلى 33 ميجابايت/ثانية، نظام المقاطعة المحسن والتكوين التلقائي للنظام وإدارة القنوات للذاكرة المباشرة الوصول، وزيادة عدد موصلات التوسعة (يمكن نظريًا توصيل ما يصل إلى 15 جهازًا، وعمليًا ما يصل إلى 10)، المتوافقة مع ناقل ISA، المستخدم في أجهزة الكمبيوتر عالية السرعة وخوادم الشبكة ومحطات العمل؛

إطار العجلة MSA - ناقل بيانات 32 بت وناقل عنوان 32.64 بت، تردد الساعة 10-20 ميجاهرتز، عرض نطاق يصل إلى 76 ميجابايت/ثانية، يمكنه توصيل ما يصل إلى 15 جهازًا، بالقرب من ناقل EISA، ولكنه غير متوافق مع ISA أو EISA لا تستخدم على نطاق واسع.

الحافلات المحلية:

إطار العجلة VLB (ناقل VESA المحلي) - ناقل بيانات 32.64 بت وناقل عنوان 32 بت، تردد الساعة يصل إلى 33 ميجاهرتز، عرض النطاق النظري 132 ميجابايت/ثانية، عمليًا 80 ميجابايت/ثانية، عدد صغير من الأجهزة المتصلة - 4، يمكن أن يكون هناك تعارض بين الأجهزة المتصلة، التي تعتمد بشكل صارم على تردد ساعة MP؛

إطار العجلة PCI (ربط المكونات الطرفية) - ناقل بيانات 32.64 بت وناقل عنوان 32 بت، تردد الساعة يصل إلى 33 ميجاهرتز، عرض النطاق النظري 132.264 ميجابايت/ثانية، عمليًا 50.100 ميجابايت/ثانية، عدد الأجهزة المتصلة - 10، يمكنها تنفيذ العديد من ناقل التوسع الوظائف المستخدمة حاليًا كحافلة لتوصيل الأجهزة الخارجية؛

إطار العجلة جهاز الأمن الفيدرالي (الناقل الأمامي) - ناقل بيانات 32.64 بت وناقل عنوان 32 بت، تردد الساعة يصل إلى 133 ميجاهرتز، عرض النطاق الترددي يصل إلى 800 ميجابايت/ثانية، يستخدم لتوصيل المعالج والذاكرة، تردد هذا الناقل هو أحد معلمات المستهلك

إطار العجلة أغب (منفذ رسومي متقدم) - ناقل بيانات 32.64 بت وناقل عنوان 32 بت، تردد الساعة 33 أو 66 ميجاهرتز، عرض النطاق الترددي يصل إلى 1066 ميجابايت/ثانية، يستخدم للاتصال بمحول الفيديو؛

إطار العجلة USB (الحافلة التسلسلية العالمية) - عرض النطاق الترددي يصل إلى 1.5 ميجابت/ثانية، يسمح لك بتوصيل ما يصل إلى 256 جهازًا بواجهة تسلسلية، ويزيل فعليًا التعارضات بين الأجهزة المختلفة، ويسمح لك بتوصيل الأجهزة وفصلها في "الوضع الساخن" ويسمح لك الجمع بين عدة أجهزة كمبيوتر وأبسط شبكة محلية دون استخدام معدات وبرامج خاصة.

من الممكن استخدام ناقلات VLB وPCI في جهاز الكمبيوتر إذا كان لديك اللوحة الأم المناسبة.

يتم إنتاج اللوحات الأم بهيكل VIP متعدد الناقلات (بالأحرف الأولى VLB وISA وPCI).

كبش (RAM - ذاكرة الوصول العشوائي) عبارة عن مجموعة من الخلايا البلورية القادرة على تخزين البيانات.

من وجهة نظر المبدأ المادي للتشغيل، هناك:

الذاكرة الديناميكية (DRAM) - يمكن اعتبار الخلايا كمكثفات دقيقة قادرة على تخزين الشحنة على لوحاتها. تُستخدم الدوائر الدقيقة كنظام التشغيل الرئيسي للكمبيوتر. هذا هو نوع الذاكرة الأكثر شيوعًا ويمكن الوصول إليه اقتصاديًا. العيب: تجديد (إعادة شحن) خلايا ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) مطلوب باستمرار، مما يسبب إهدار نظام الحوسبة.

الذاكرة الإحصائية (SRAM) – يمكن تمثيل الخلايا على شكل عناصر دقيقة (مشغلات) تتكون من عدة ترانزستورات. لا يقوم المشغل بتخزين الشحنة، بل الحالة (تشغيل/إيقاف)، لذلك يوفر هذا النوع من الذاكرة أداءً عاليًا. تُستخدم الرقائق الموجودة في هذه الذاكرة كذاكرة مساعدة (ذاكرة تخزين مؤقت) مصممة لتحسين تشغيل الكمبيوتر.

الذاكرة الرئيسية تحتوي على:

ذاكرة القراءة فقط (يتم استخدام ذاكرة القراءة فقط لتخزين البرامج والمعلومات المرجعية غير القابلة للتغيير وتسمح لك بقراءة المعلومات المخزنة فيها بسرعة فقط) ؛

ذاكرة الوصول العشوائي (تم تصميم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) للتسجيل والتخزين وقراءة المعلومات المشاركة في العملية في الوقت الحالي عبر الإنترنت، والميزة هي السرعة والقدرة على الوصول إلى كل خلية ذاكرة على حدة، والعيب هو التقلب).

عند تشغيل الكمبيوتر، لا يوجد شيء (برامج، أوامر) في ذاكرة الوصول العشوائي الخاصة به. لذلك، مباشرة بعد التشغيل، يتم تعيين عنوان البدء على ناقل عنوان المعالج. يحدث هذا في الأجهزة، دون مشاركة البرامج. ينتقل المعالج إلى العنوان المحدد لأمره الأول ويبدأ العمل حسب البرامج.

لا يمكن أن يشير عنوان المصدر هذا إلى OP، لأنه لا يوجد شيء فيه حتى الآن. ويشير إلى ROM. شريحة ROM قادرة على تخزين المعلومات لفترة طويلة حتى عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر.

تسمى البرامج الموجودة في ROM "مثبتة" - وهي مكتوبة هناك في مرحلة تصنيع الدائرة الدقيقة.

تشكل مجموعة من البرامج في ROM نظام الإدخال والإخراج الأساسي ( BIOS - نظام الإدخال والإخراج الأساسي).

الغرض الرئيسي من البرامج في هذه الحزمة:

التحقق من تكوين وأداء نظام الكمبيوتر.

توفير التفاعل مع لوحة المفاتيح والشاشة والقرص الصلب ومحرك الأقراص المرنة؛

توفير القدرة على عرض الرسائل التشخيصية على الشاشة التي تصاحب بدء تشغيل الكمبيوتر،

توفير، إذا لزم الأمر، القدرة على التدخل في عملية بدء التشغيل باستخدام لوحة المفاتيح.

تحتوي الذاكرة الخارجية على أنواع مختلفة من أجهزة التخزين، على وجه الخصوص، محركات الأقراص الثابتة (HDD) ومحركات الأقراص المرنة (FLMD).

والغرض منها هو تخزين كميات كبيرة من المعلومات وتسجيل وإصدار المعلومات المخزنة عند الطلب في ذاكرة الوصول العشوائي.

وهي تختلف في التصميم وحجم المعلومات المخزنة ووقت البحث عن المعلومات وتسجيلها وقراءتها.

الأقراص المغناطيسية - وسائط تخزين الكمبيوتر.

تتم كتابة المعلومات الموجودة على MD وقراءتها بواسطة رؤوس مغناطيسية على طول دوائر متحدة المركز - المسارات (المسارات).

يعتمد عدد المسارات الموجودة على MD وسعة المعلومات الخاصة بها على نوع MD وتصميم محرك MD وجودة الرؤوس المغناطيسية والطلاء المغناطيسي.

وينقسم كل مسار MD إلى قطاعات 128، 256، 512 أو 1024 بايت.

يتم تبادل البيانات بين NMD وOP بشكل تسلسلي من خلال عدد صحيح من القطاعات.

تَجَمَّع - الحد الأدنى لوحدة وضع المعلومات على القرص، والتي تتكون من قطاع واحد أو أكثر من القطاعات المجاورة للمسار.

عند كتابة وقراءة المعلومات، يدور MD حول محوره، وتقوم آلية التحكم بالرأس المغناطيسي بإحضاره إلى المسار المحدد لكتابة أو قراءة المعلومات.

ملف – منطقة محددة من الذاكرة الخارجية مخصصة لتخزين مصفوفة البيانات.

ملف - تسلسل لعدد عشوائي من البايتات يحمل اسمًا فريدًا.

يمكن أن يحتوي اسم الملف على بيانات العنوان ومعلومات حول نوع البيانات الموجودة فيه. يتم تنظيم تخزين الملفات في بنية هرمية تسمى بنية الملف.

اسم الملف الكامل هو الاسم الصحيح للملف مع المسار للوصول إليه.

<имя носителя \ <имя каталога-1 \...\ <имя каталога-N \ <собственное имя файла

يتم تخزين البيانات الموجودة على الأقراص في ملفات. تم تخصيص حقل ذاكرة للملف وهو مضاعف لعدد معين من المجموعات. يمكن وضع مجموعات من نفس الملف في أي مساحة خالية وليست بالضرورة متجاورة.

يتم استدعاء الملفات الموجودة في الملفات المنتشرة عبر القرص مجزأة .

تهيئة القرص المرن - إنشاء هيكل لتسجيل المعلومات على سطحه: تحديد المسارات والقطاعات وعلامات التسجيل ومعلومات الخدمة الأخرى.

شاشة - جهاز مصمم لعرض المعلومات التي يرسلها الكمبيوتر إلى المستخدم.

يتم قياس حجم شاشة الشاشة قطريًا بالبوصة.

يمكن تمييز المجموعات التالية تقريبًا:

شاشات أنبوب أشعة الكاثود (تتكون الصورة من شعاع من الإلكترونات، الذي “يشعل” نقاط الفسفور الملون التي يُغطى بها سطح الشاشة من الداخل. ويتكون كل بكسل من الصورة من ثلاث نقاط ملونة من الفوسفور: الأحمر، الأخضر والأزرق هو تدفق الإلكترونات المستخدم لتكوين صورة على شاشة شاشة أشعة الكاثود، ولا يتم إخماده بالكامل بواسطة الفوسفور والطلاء الواقي للشاشة تستخدم للتحكم في الحزم، كل هذا يؤدي إلى أن مراقبات الشعاع الإلكتروني، وإن كانت إلى حد ما، هي مصادر للإشعاع الضار)؛

شاشات الكريستال السائل (تتكون طبقة العمل لشاشات الكريستال السائل من العديد من البلورات السائلة الصغيرة، والتي يمكنها تغيير لونها وشفافيتها تحت تأثير الفولتية الصغيرة المطبقة عليها. مثل هذه الشاشات لا تنبعث منها)؛

شاشات الوسائط المتعددة (شاشات الكريستال الإلكترونية والسائلة التي يمكنها أداء وظائف إضافية: إعادة إنتاج الصوت وإدراكه باستخدام مكبرات الصوت والميكروفون المدمجين، وحتى إدراك الصور باستخدام كاميرا فيديو مدمجة).

يمكن أن تعمل الشاشة:

في وضع النص (شاشة العرض مقسمة إلى 25 سطرًا، كل سطر 80 حرفًا. يُستخدم هذا الوضع لعرض الأحرف المحددة مسبقًا: الحروف اللاتينية الكبيرة والصغيرة، وحروف الأبجدية الروسية، والأرقام والرموز المتنوعة الأخرى)؛

في الوضع الرسومي (يتم عرض الصورة على شاشة العرض بالنقاط (البكسل). في هذا الوضع، كقاعدة عامة، يتم إنشاء الصور ورسم الرسوم البيانية؛ عند عرض معلومات النص في هذا الوضع، سيكون الأداء أقل، حيث يجب أن يكون كل حرف مرسومة بالنقاط).

دقة – يتم تحديد المعلمة الرئيسية التي تميز جودة الصورة الرسومية على شاشة العرض من خلال عدد النقاط الرأسية والأفقية.

النقطة (بكسل) - مساحة صغيرة معينة من الشاشة يتم فيها مزج الأشعة الحمراء والزرقاء والخضراء، والتي تحدد شدتها اللون عند نقطة معينة.

شاشة VGA مقاس 640 × 480 تعني أن الشاشة من نوع VGA بعدد بكسلات أفقيًا 640 وعموديًا 480. وتصل دقة الشاشات الجيدة إلى 1280 × 1024 وما فوق.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز كل شاشة بعدد الألوان المعاد إنتاجها، والتي يمكن أن تتراوح من 2 (صورة بالأبيض والأسود) إلى 256 وما فوق (16 مليون لون - شاشات Super VGA). كلما كانت الشاشة أفضل، كلما زادت الألوان التي يمكنها إعادة إنتاجها.

لوحة مفاتيح كمبيوتر - جهاز لإدخال الأوامر والنصوص.

مجموعات المفاتيح حسب الغرض:

كتلة الأبجدية (يحتوي على مفاتيح لإدخال أحرف نصية. يتكون الصف الأول من الأعلى من مفاتيح ذات أرقام، يتم تصوير أحرف خاصة فوقها. اعتمادًا على المفاتيح الخاصة التي تضغط عليها، يمكنك كتابة أرقام أو رموز. لإدخال أحرف كبيرة وأحرف أخرى موجودة في الحالة العليا من لوحة المفاتيح، استخدم المفتاح "Shift")؛

مفاتيح الوظائف F1، ...، F12 (موجود في الجزء العلوي من لوحة المفاتيح وهو مصمم لإدخال الأوامر المتكررة بسرعة باستخدام مفتاح واحد في برامج مختلفة. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم المفتاح F10 للخروج من البرامج، والمفتاح F1 هو لطلب المساعدة أو التلميح)؛

مفاتيح المؤشر (مصمم للتنقل عبر أوامر النص أو القائمة، الموجودة أسفل لوحة المفاتيح، على يمين الكتلة الأبجدية. مؤشر النص هو حرف خاص يشير إلى المكان في السطر الذي سيتم فيه إدخال الحرف التالي)؛

كتلة رقمية (عند الضغط على مفتاح "NumLock"، يتم تشغيل الضوء المقابل، ويمكنك استخدام هذه الكتلة لإدخال الأرقام. إذا لم يكن الضوء مضاءً، فيمكنك التحكم في حركة مؤشر النص باستخدام مفاتيح الكتلة الرقمية)؛

مفاتيح الخدمة

"السيطرة" و"البديل" عادةً ما تكون فعالة فقط عند الضغط عليها مع مفاتيح أخرى، فهي تزيد من عدد الأوامر التي يمكن لمفاتيح الوظائف تنفيذها.

"خروج" يساعد على إلغاء أي أمر.

"Caps lock" يعمل على إصلاح وضع الحروف الكبيرة. عند الضغط عليه، يضيء المؤشر الموجود في الجزء العلوي الأيمن من لوحة المفاتيح. يتم تحويل لوحة المفاتيح من وضع إدخال الأحرف الروسية إلى وضع إدخال الأحرف اللاتينية باستخدام مفاتيح مخصصة خصيصًا.

"يدخل" (الإدخال) (مصمم لتحريك المؤشر إلى بداية السطر التالي، ويستخدم أيضًا لإدخال الأوامر في نظام التشغيل).

"الفضاء الخلفي" (الموضح بالسهم الأيسر) يسمح لك بتحريك المؤشر موضعًا واحدًا إلى اليسار ومسح الحرف الموجود في هذا الموضع.

"يمسح" (حذف) يستخدم لحذف الحرف الذي وضع عليه المؤشر. في هذه الحالة، يبقى المؤشر نفسه في نفس المكان، ويتم نقل جميع الأحرف الموجودة على يمين المؤشر إلى موضع واحد إلى اليسار.

"إدراج" (إدراج) مخصص للانتقال من وضع الإدراج إلى وضع الاستبدال والعودة. في وضع الإدراج، تظهر الأحرف التي تكتبها في الموقع الذي يوجد به المؤشر، ويتم إزاحة جزء السطر الموجود على يمين المؤشر موضعًا واحدًا إلى اليمين مع كل ضغطة مفتاح. في وضع الاستبدال، لا يتغير النص الموجود على يمين المؤشر، وتظهر الأحرف المدخلة بدلاً من الأحرف القديمة، مما يؤدي إلى الكتابة فوقها.

"PgUp"، "PgDown" » تُستخدم للتنقل لأعلى ولأسفل على الشاشة صفحة تلو الأخرى، على التوالي.

"الوطن" و"النهاية" تهدف إلى تحريك المؤشر إلى بداية ونهاية الأسطر، على التوالي.

"فاتورة غير مدفوعة" يعمل على تحريك المؤشر عدة مواضع () إلى اليمين، عادة 4 أو 8.

"شاشة الطباعة" يعمل على حفظ حالة الشاشة الحالية في منطقة خاصة من OP تسمى الحافظة.

"قفل التمرير" يقوم بتبديل وضع التشغيل في بعض البرامج (عادةً ما تكون قديمة).

"وقفة استراحة" يوقف/يقاطع العملية.

الفأر - جهاز تحكم من النوع المناول مصمم للتحكم في برامج الكمبيوتر.

تتم مزامنة تحريك الماوس على سطح مستو مع تحريك كائن رسومي (مؤشر الماوس) عبر شاشة العرض.

يوجد زران أو ثلاثة أزرار تحكم على جسم الماوس. عادةً ما تستخدم المجاذيف ذات الثلاثة أزرار الأزرار الخارجية فقط، ويستخدم الزر الأوسط للعمل فقط مع أنواع معينة من البرامج. في بعض الأحيان يكون الزر الأوسط على شكل عجلة.

الخصائص الوظيفية للكمبيوتر:

السرعة والأداء وتردد الساعة.

سعة البت للآلة وناقلات كود الواجهة ؛

أنواع النظام والواجهات المحلية؛

سعة ذاكرة الوصول العشوائي

سعة محرك القرص الصلب (القرص الصلب) ؛

نوع وقدرة محركات الأقراص المرنة؛

أنواع وسعة ذاكرة التخزين المؤقت.

نوع شاشة الفيديو ومحول الفيديو؛

وجود المعالج الرياضي.

البرامج المتاحة ونوع نظام التشغيل؛

توافق الأجهزة والبرامج مع أنواع أخرى من أجهزة الكمبيوتر؛

القدرة على العمل في شبكة الكمبيوتر.

القدرة على العمل في وضع تعدد المهام.

مصداقية؛

سعر؛

الأبعاد والوزن.

تعد أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية (أجهزة الكمبيوتر)، أو، كما يطلق عليها الآن في كثير من الأحيان، أجهزة الكمبيوتر، واحدة من أكثر إبداعات الإنسان المدهشة. بالمعنى الضيق، أجهزة الكمبيوتر هي الأجهزة التي تؤدي أنواعًا مختلفة من الحسابات أو تسهل هذه العملية. ظهرت أبسط الأجهزة التي تخدم أغراضًا مماثلة في العصور القديمة، منذ عدة آلاف من السنين. مع تطور الحضارة الإنسانية، تطورت ببطء، وتتحسن باستمرار. ومع ذلك، فقط في الأربعينيات من قرننا، بدأت البداية في إنشاء أجهزة كمبيوتر ذات هندسة معمارية حديثة وبمنطق حديث. يمكن اعتبار هذه السنوات بحق وقت ميلاد أجهزة الكمبيوتر الحديثة (الإلكترونية بشكل طبيعي).

لكي يكون الكمبيوتر أداة فعالة ومتعددة الاستخدامات، يجب أن يتضمن الهياكل التالية: وحدة حسابية منطقية مركزية (ALU)، ووحدة تحكم مركزية (CU) تقوم بإجراء العمليات، وجهاز تخزين، أو ذاكرة، و أجهزة الإدخال / الإخراج.

وأشار فون نيومان إلى أن هذا النظام يجب أن يعمل بالأرقام الثنائية، وأن يكون جهازًا إلكترونيًا وليس جهازًا ميكانيكيًا، وأن يؤدي العمليات بشكل تسلسلي، الواحدة تلو الأخرى.

أصبحت المبادئ التي وضعها فون نيومان مقبولة بشكل عام وشكلت الأساس لكل من أجهزة الكمبيوتر المركزية من الجيل الأول وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة والصغرى اللاحقة. وعلى الرغم من وجود بحث نشط مؤخرًا عن أجهزة كمبيوتر مبنية على مبادئ أخرى غير المبادئ الكلاسيكية، إلا أن معظم أجهزة الكمبيوتر مبنية وفقًا للمبادئ التي حددها نيومان.

بنية الكمبيوتر وهيكله

عند النظر في أجهزة الكمبيوتر، من الشائع التمييز بين بنيتها وبنيتها. هندسة الكمبيوترويطلق على وصفها على مستوى عام ما، بما في ذلك وصف قدرات برمجة المستخدم، وأنظمة الأوامر، وأنظمة العنونة، وتنظيم الذاكرة، وما إلى ذلك. تحدد البنية مبادئ التشغيل واتصالات المعلومات والترابط بين العقد المنطقية الرئيسية للكمبيوتر: المعالج وذاكرة الوصول العشوائي والتخزين الخارجي والأجهزة الطرفية. تضمن البنية المشتركة لأجهزة الكمبيوتر المختلفة توافقها من وجهة نظر المستخدم. هيكل الكمبيوترعبارة عن مجموعة من عناصره الوظيفية والروابط فيما بينها. يمكن أن تكون العناصر مجموعة واسعة من الأجهزة - من العقد المنطقية الرئيسية للكمبيوتر إلى أبسط الدوائر. يتم تمثيل بنية الكمبيوتر بيانياً في شكل مخططات بيانية، والتي يمكنك من خلالها وصف الكمبيوتر بأي مستوى من التفاصيل. الحلول المعمارية الأكثر شيوعا هي: العمارة الكلاسيكية(هندسة فون نيومان) - وحدة حسابية منطقية واحدة (ALU)، يمر من خلالها تدفق البيانات، وجهاز تحكم واحد (CU)، يمر من خلاله تدفق الأوامر - البرنامج. هذا جهاز كمبيوتر ذو معالج واحد. يتضمن هذا النوع من الهندسة المعمارية أيضًا بنية الكمبيوتر الشخصي المزود بحافلة مشتركة. جميع الكتل الوظيفية هنا مترابطة بواسطة ناقل مشترك، يُسمى أيضًا ناقل النظام. جسديا الطريق السريععبارة عن خط متعدد الأسلاك مزود بمآخذ لتوصيل الدوائر الإلكترونية. تنقسم مجموعة أسلاك صندوق النقل إلى مجموعات منفصلة: ناقل العنوان، وناقل البيانات، وناقل التحكم. الأجهزة الطرفية (الطابعة، وما إلى ذلك) متصلة بأجهزة الكمبيوتر من خلال وحدات تحكم خاصة - أجهزة التحكم في الأجهزة الطرفية. مراقب- جهاز يقوم بتوصيل الأجهزة الطرفية أو قنوات الاتصال بالمعالج المركزي، مما يريح المعالج من التحكم المباشر في تشغيل هذا الجهاز. بنية المعالجات المتعددة. إن وجود العديد من المعالجات في جهاز الكمبيوتر يعني أنه يمكن تنظيم العديد من تدفقات البيانات والعديد من تدفقات الأوامر بالتوازي. وبالتالي، يمكن تنفيذ عدة أجزاء من مهمة واحدة بالتوازي. يظهر في الشكل هيكل مثل هذا الجهاز الذي يحتوي على ذاكرة وصول عشوائي مشتركة والعديد من المعالجات. بنية الكمبيوتر متعدد المعالجات نظام حاسوبي متعدد الآلات. هنا، لا تحتوي العديد من المعالجات المضمنة في نظام الحوسبة على ذاكرة وصول عشوائي مشتركة، ولكن لكل منها ذاكرة وصول عشوائي (محلية) خاصة بها. يتمتع كل كمبيوتر في نظام متعدد الآلات ببنية كلاسيكية، ويتم استخدام مثل هذا النظام على نطاق واسع. ومع ذلك، لا يمكن الحصول على تأثير استخدام نظام الحوسبة هذا إلا من خلال حل المشكلات التي لها بنية خاصة جدًا: يجب تقسيمها إلى عدد من المهام الفرعية المترابطة بشكل فضفاض بقدر وجود أجهزة كمبيوتر في النظام. إن ميزة السرعة التي تتميز بها أنظمة الحوسبة متعددة المعالجات ومتعددة الآلات مقارنة بالأنظمة ذات المعالج الواحد واضحة. بنية المعالج المتوازي. هنا، تعمل العديد من وحدات ALU تحت سيطرة وحدة تحكم واحدة. وهذا يعني أنه يمكن معالجة الكثير من البيانات بواسطة برنامج واحد، أي من خلال دفق واحد من الأوامر. لا يمكن تحقيق الأداء العالي لمثل هذه البنية إلا في المهام التي يتم فيها تنفيذ نفس العمليات الحسابية في وقت واحد على مجموعات بيانات مختلفة من نفس النوع. يظهر هيكل أجهزة الكمبيوتر هذه في الشكل. بنية المعالج المتوازي غالبًا ما تحتوي السيارات الحديثة على عناصر من أنواع مختلفة من الحلول المعمارية. هناك أيضًا حلول معمارية تختلف جذريًا عن تلك التي تمت مناقشتها أعلاه. يتكون الكمبيوتر الشخصي الحديث من عدة مكونات هيكلية رئيسية: وحدة النظام؛ شاشة؛ لوحات المفاتيح؛ المتلاعبين. وحدة النظام وحدة النظام هي أهم وحدة في الكمبيوتر. وتتصل به جميع الوحدات الأخرى، التي تسمى الأجهزة الخارجية أو الطرفية. تحتوي وحدة النظام على المكونات الإلكترونية الرئيسية للكمبيوتر. تم بناء جهاز الكمبيوتر على أساس VLSI (الدوائر المتكاملة واسعة النطاق)، وتقع جميعها تقريبًا داخل وحدة النظام، على لوحات خاصة (اللوحة عبارة عن لوحة بلاستيكية يتم تثبيت المكونات الإلكترونية عليها ومترابطة - VLSIs، والدوائر الدقيقة، وما إلى ذلك). اللوحة الأكثر أهمية في الكمبيوتر هي اللوحة الأم. يحتوي على المعالج المركزي والمعالج المساعد وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وموصلات لتوصيل لوحات التحكم بالأجهزة الخارجية. تحتوي وحدة النظام على: مزود الطاقة - جهاز يحول جهد التيار الكهربائي المتناوب إلى جهد مباشر ذو قطبية وحجم مختلفين، وهو ضروري لتشغيل لوحة النظام والأجهزة الداخلية. يحتوي مصدر الطاقة على مروحة تعمل على إنشاء تدفقات هواء متداولة لتبريد وحدة النظام. لوحة النظام (اللوحة الأم) ؛ الجذع (حافلة النظام) ؛ وحدة المعالجة المركزية؛ كارت الصوت؛ بطاقة الفيديو (بطاقة الرسومات)؛ محركات الأقراص الصلبة؛ محركات الأقراص المرنة؛ أجهزة التخزين الضوئية والمغناطيسية الضوئية وغيرها من أجهزة التخزين؛ محرك الأقراص المضغوطة، محرك أقراص DVD؛ اللوحة الأم الجزء الرئيسي من أي نظام كمبيوتر هو اللوحة الأم مع المعالج الرئيسي والرقائق الداعمة لها. من الناحية الوظيفية، يمكن وصف اللوحة الأم بطرق مختلفة. في بعض الأحيان تحتوي هذه اللوحة على كامل دوائر الكمبيوتر (لوحة واحدة). على عكس أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة، في أجهزة الكمبيوتر الموجهة نحو الناقل، تنفذ اللوحة الأم دائرة تكوين بسيطة؛ ويتم تنفيذ الوظائف المتبقية باستخدام العديد من البطاقات الإضافية. جميع المكونات متصلة بواسطة حافلة. لا تحتوي اللوحة الأم على محول فيديو أو بعض أنواع الذاكرة أو وسيلة اتصال مع أجهزة إضافية. تتم إضافة هذه الأجهزة (بطاقات التوسيع) إلى لوحة النظام عن طريق توصيلها بناقل التوسيع، الذي يعد جزءًا من لوحة النظام. تم تطوير اللوحة الأم الأولى بواسطة شركة IBM، وتم عرضها في أغسطس 1981 (PC-1). في عام 1983، ظهر جهاز كمبيوتر مزود بلوحة أم مكبرة (PC-2). كان الحد الأقصى الذي يمكن لجهاز PC-1 دعمه دون استخدام بطاقات التوسعة هو 64 كيلو بايت من الذاكرة. كان جهاز PC-2 يحتوي بالفعل على 256 كيلو بايت، ولكن الاختلاف الأكثر أهمية كان في برمجة اللوحتين. لا يمكن للوحة الأم PC-1 أن تدعم أقوى أجهزة التوسعة، مثل القرص الصلب ومحولات الفيديو المحسنة، بدون تعديل. اللوحة الأم عبارة عن مجموعة معقدة من الأجهزة المختلفة التي تدعم تشغيل النظام ككل. السمات الإلزامية للوحة الأم هي المعالج الأساسي، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ونظام BIOS، ووحدة تحكم لوحة المفاتيح، وموصلات التوسعة. اللوحة الأم الموجودة داخل الكمبيوتر هي جزء التثبيت الرئيسي الذي تتصل به المكونات الأخرى. أثناء التشغيل العادي للوحة الأم، لا يفكرون في الأمر حتى يحتاج الكمبيوتر إلى التحسين. عادةً ما يريدون تثبيت معالج أسرع، مما يؤدي إلى استبدال اللوحة الأم. على سبيل المثال، لا يمكنك استبدال Pentium MMX القديم بـ Pentium III بدون لوحة أم جديدة. من خلال ظهور اللوحة الأم، يمكنك تحديد نوع المعالج والذاكرة والأجهزة الإضافية المطلوبة التي يتم إدخالها في المنافذ والمآخذ الخارجية للكمبيوتر. بناءً على الحجم، يمكن تقسيم اللوحات الأم بشكل عام إلى ثلاث مجموعات. في السابق، كانت جميع اللوحات الأم بحجم 8.5/11 بوصة. في XT، زادت الأبعاد بمقدار بوصة واحدة؛ وفي AT، زادت الأبعاد أكثر. غالبًا ما يمكننا التحدث عن اللوحات "الخضراء" (اللوحة الأم الخضراء). الآن يتم إنتاج هذه المجالس فقط. تتيح لك هذه اللوحات الأم تنفيذ العديد من أوضاع استهلاك الطاقة الاقتصادية (بما في ذلك ما يسمى بـ "السكون"، حيث يتم فصل الطاقة عن مكونات الكمبيوتر التي لا تعمل حاليًا). ركزت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) على تقليل استهلاك الطاقة في أنظمة الكمبيوتر. يجب ألا تستهلك المعدات التي تفي بمتطلبات (وكالة حماية البيئة) أكثر من 30 واط في المتوسط ​​(في وضع الخمول)، ولا تستخدم مواد سامة وتسمح بإعادة التدوير بنسبة 100%. نظرًا لأن المعالجات الدقيقة الحديثة تستخدم جهد إمداد يبلغ 3.3-4 فولت، ويتم توفير 5 فولت للوحة، على النظام يتم تثبيت محولات الجهد على اللوحات. تردد المعالج وناقل النظام والحافلات الطرفية يمكن أن يختلف أداء مكونات الكمبيوتر المختلفة (المعالج وذاكرة الوصول العشوائي ووحدات التحكم الطرفية) بشكل كبير. لتنسيق الأداء، يتم تثبيت دوائر دقيقة خاصة (شرائح) على اللوحة الأم، بما في ذلك وحدة تحكم ذاكرة الوصول العشوائي (ما يسمى بالجسر الشمالي) ووحدة تحكم الأجهزة الطرفية (الجسر الجنوبي). رسم بياني 1. الرسم المنطقي للوحة الأم يتم توصيل ناقل PCI (ناقل توصيل المكونات الطرفية) بالجسر الشمالي، مما يضمن تبادل المعلومات مع وحدات تحكم الأجهزة الطرفية. تردد وحدة التحكم أقل من تردد ناقل النظام، على سبيل المثال، إذا كان تردد ناقل النظام 100 ميجاهرتز، فإن تردد ناقل PCI عادة ما يكون أقل بثلاث مرات - 33 ميجاهرتز. يتم تثبيت وحدات التحكم في الأجهزة الطرفية (بطاقة الصوت، بطاقة الشبكة، وحدة تحكم SCSI، المودم الداخلي) في فتحات التوسعة باللوحة الأم. مع زيادة دقة الشاشة وعمق الألوان، تزداد متطلبات سرعة الناقل الذي يربط بطاقة الفيديو بالمعالج وذاكرة الوصول العشوائي. حاليًا، لتوصيل بطاقة فيديو، عادةً ما يتم استخدام حافلة AGP (منفذ الرسومات المتسارع) الخاصة، المتصلة بالجسر الشمالي ولها تردد أعلى بعدة مرات من ناقل PCI. ويضمن الجسر الجنوبي تبادل المعلومات بين الجسر الشمالي والموانئ لتوصيل الأجهزة الطرفية. أجهزة التخزين (محركات الأقراص الثابتة، الأقراص المضغوطة، أقراص DVD-ROM) متصلة بالجسر الجنوبي عبر ناقل UDMA (الوصول المباشر للغاية للذاكرة). يتم توصيل الماوس والمودم الخارجي بالجسر الجنوبي باستخدام منافذ تسلسلية، والتي تنقل نبضات كهربائية تحمل معلومات في كود الآلة، واحدة تلو الأخرى. يتم تعيين المنافذ التسلسلية كـ COM1 و COM2 و يتم تنفيذها في الأجهزة باستخدام موصلات ذات 25 سنًا و9 سنًا، والتي توجد على اللوحة الخلفية لوحدة النظام. تتصل الطابعة بمنفذ متوازي، مما يوفر سرعة نقل معلومات أعلى من المنافذ التسلسلية، حيث تنقل في الوقت نفسه 8 نبضات كهربائية تحمل المعلومات في كود الآلة. يتم تعيين المنفذ المتوازي على أنه LTP، ويتم تنفيذه في الأجهزة كموصل ذو 25 سنًا على اللوحة الخلفية لوحدة النظام. لتوصيل الماسحات الضوئية والكاميرات الرقمية، يتم عادةً استخدام منفذ USB (الحافلة التسلسلية العالمية)، والذي يوفر اتصالاً عالي السرعة للعديد من الأجهزة الطرفية بالكمبيوتر في وقت واحد. يتم توصيل لوحة المفاتيح عادةً باستخدام منفذ PS/2.

مبادئ البناء وهندسة الكمبيوتر.

1.1 مبدأ تشغيل الكمبيوتر.

حاسوب - مجموعة من الأجهزة التقنية المصممة للمعالجة الآلية للرسائل المنفصلة وفقاً للخوارزمية المطلوبة.

إن فكرة أتمتة عملية معالجة البيانات جزء لا يتجزأ من مبدأ تشغيل الكمبيوتر. في التين. 1.1 يُظهر رسمًا تخطيطيًا لجهاز كمبيوتر مجردًا. سيُظهر تكوين وترتيب ومبادئ تفاعل الأجزاء الوظيفية الرئيسية للكمبيوتر.

الشكل 1.1 رسم تخطيطي للكمبيوتر.

يحتوي أي جهاز كمبيوتر على الأجهزة الرئيسية التالية:

المنطق الحسابي (ALU)؛

تمت مناقشة المكونات الرئيسية للبرنامج بالتفصيل في دورات أخرى ولم تتم مناقشتها هنا. بعض الملاحظات على نظام التشغيل.

نظام التشغيلسنطلق على مجموعة معقدة من البرامج والأجهزة ومصفوفات المعلومات الضرورية التي تنظم عملية الحوسبة لتنفيذ مهام المستخدم من خلال التخطيط الأمثل لاستخدام وإدارة جميع موارد الكمبيوتر.

هذا هو التعريف الأكثر عمومية وكاملة لنظام التشغيل. يسمح لك بتقديم الكمبيوتر من وجهة نظر المستخدم كنظام افتراضي متعدد المستويات (الشكل 1.6).

1 – النظام الافتراضي للمستخدم .

2 – آلة خارجية ممتدة .

3 – ماكينة داخلية موسعة .

أ - المعدات؛

ب – وظائف نظام التشغيل الأساسية؛

ج - وظائف نظام التشغيل الرئيسية؛

د – طبقة العملية.

هـ – لغة التحكم في المهام واللغات الخوارزمية.

تم اقتراحه لأول مرة بواسطة Dextra في عام 1968. في عمل "هيكل الأنظمة متعددة البرامج". بناءً على تمثيل نظام الحوسبة في في شكل أجهزة افتراضية متداخلة ذات توافق هرمي.

أدنى مستوى هو آلة مادية ويتم تنفيذه في الأجهزة باستخدام مبادئ التحكم في الدائرة أو البرنامج المصغر. يوفر كل مستوى لاحق ميزات جديدة من خلال نظام التشغيل والبرامج العامة. على المستوى الأدنى توجد وسائل لتنفيذ العمليات الدقيقة. وتتشكل وسائل ووظائف الرقابة في كل مستوى لاحق من وسائل ووظائف المستويات الأدنى بالنسبة للمستوى قيد النظر. ويتميز كل مستوى بمدة المراقبة التي يتم تنفيذها واتساع نطاق التغطية للصناديق المدارة. يتم تنفيذ مستويات أعلى من التحكم من خلال مكونات نظام التشغيل، وهو امتداد برمجي لجهاز التحكم ويشكل الواجهة بين المستخدم والكمبيوتر.

من حيث مستوى التطور، فإن بعض أنظمة التشغيل الحديثة قادرة جدًا على أتمتة وظائف المشغل بحيث يمكن تصنيفها على أنها ذكاء اصطناعي.

التطبيق العملي لمفهوم النظام الافتراضي متعدد المستويات: تبسيط وإضفاء الطابع الرسمي على وصف عملية عمل الطائرة ومكوناتها الرئيسية.

مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر وبرامجه، بدأ اعتبار أي كمبيوتر بمثابة نظام حاسوبي، وهو عبارة عن مزيج من جزأين مدمجين من الناحية المفاهيمية: الأجهزة والبرمجيات. لقد ظهر مفهوم "هندسة الكمبيوتر" المرتبط بوظيفة نظام الحوسبة التي يجب على المستخدم معرفتها من أجل استخدام النظام بشكل فعال في حل مشاكله.

هندسة الكمبيوتر هو نموذج يحدد مبادئ تنظيم نظام الكمبيوتر، وتكوين الأجزاء الرئيسية للكمبيوتر وترتيبها وتفاعلها، والوظائف، وسهولة الاستخدام، والتكلفة، والموثوقية.

يجب أن يحتوي أي جهاز كمبيوتر، بما في ذلك جهاز الكمبيوتر الشخصي، على الحد الأدنى من مجموعة الكتل الوظيفية لأداء وظائفه. هذه كتلة لإجراء العمليات الحسابية والمنطقية؛ كتلة لتخزين المعلومات (الذاكرة) أو جهاز تخزين؛ أجهزة لإدخال البيانات الأولية وإخراج النتائج. وبما أن جميع هذه الأجهزة يجب أن تقوم بالإجراءات اللازمة بشكل متزامن، فيجب التحكم فيها. لذلك، في هيكل أي جهاز كمبيوتر، من الضروري أيضًا أن يكون لديك جهاز تحكم.

جميع الكتل المدرجة، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة وجود مستويين في جهاز الذاكرة (الداخلية والخارجية)، تتوافق تمامًا مع تكوين بنية فون نيومان الكلاسيكية للكمبيوتر، والتي كانت أساس أجهزة الكمبيوتر لأكثر من ذلك أكثر من نصف قرن (الشكل 4.1).

أرز. 4.1.

أسهم غامقة - نقل المعلومات؛ أسهم رفيعة – نقل إشارات التحكم؛ ALU – كتلة لتنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية؛ الذاكرة - جهاز التخزين؛ УУ – جهاز التحكم UVV – جهاز إدخال المعلومات؛ للأسف – جهاز إخراج المعلومات

هيكل الكمبيوتر يحدد مجموعة العناصر الوظيفية للكمبيوتر وطريقة إنشاء الاتصالات بينها. في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، يتم دمج جهاز إجراء العمليات الحسابية والمنطقية وجهاز التحكم في معالج مركزي. بدلاً من مجموعة محدودة من أجهزة الإدخال والإخراج المتوفرة في أجهزة الكمبيوتر من الأجيال الأولى، تمتلك الآلات الحديثة ترسانة كبيرة من الأجهزة (محركات الأقراص المختلفة على الأقراص المغناطيسية والضوئية والمغنطيسية الضوئية، والماسحات الضوئية، ولوحة المفاتيح، والماوس، وعصا التحكم، والطابعات، وأجهزة التخطيط ، المتآمرون). يتم تمثيل التسلسل الهرمي لأجهزة التخزين بمستويات أكثر.

المعدات (المعدات ) – مجموعة من الوسائل التقنية المستخدمة في عملية تشغيل الحاسوب والتفاعل مع بعضها البعض.

من الناحية الهيكلية، تتكون أجهزة الكمبيوتر الحديث، بما في ذلك الكمبيوتر الشخصي، من جزأين رئيسيين: مركزي وطرفي. يتضمن الجزء المركزي عادة المعالج المركزي والذاكرة الرئيسية، لأنه على أساسهما يتم تنفيذ مبدأ التحكم في البرنامج.

وحدة المعالجة المركزية يضمن تنفيذ إجراءات معالجة البيانات ومراقبة البرامج لهذه العملية. يتضمن وحدة حسابية منطقية وجهاز تحكم وأجهزة تخزين خاصة به (السجلات والذاكرة المؤقتة).

وحدة المنطق الحسابية (ALU) – جزء من المعالج يضمن تنفيذ إجراءات تحويل البيانات.

جهاز التحكم (CU) – جزء من المعالج الذي يوفر التحكم في عملية معالجة البيانات.

تختار وحدة التحكم التعليمات من الذاكرة الرئيسية، وتفسر نوع التعليمات، وتقوم بتشغيل دائرة ALU المطلوبة.

أجهزة تخزين المعالج – الأجهزة التي توفر تخزين البيانات.

الذاكرة الرئيسية يشتمل الكمبيوتر على ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والذاكرة الدائمة.

كبش - جهاز يوفر تخزينًا مؤقتًا للأوامر والبيانات أثناء تنفيذ البرنامج.

الذاكرة الدائمة - جهاز يوفر تخزينًا دائمًا والقدرة على قراءة المعلومات المهمة لتشغيل الكمبيوتر.

تشير إلى الذاكرة وأجهزة التخزين الرئيسية للمعالج داخلي أجهزة التخزين. وهي تتفاعل مباشرة مع المعالج، وتتمتع بأداء عالٍ وسعة صغيرة نسبيًا.

تنتمي جميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى إلى الجزء المحيطي وتسمى خارجي أو الطرفية. تنقسم الأجهزة الخارجية إلى أجهزة الإدخال/الإخراج وأجهزة التخزين الخارجية.

أجهزة الإدخال/الإخراج توفير إدخال البيانات الأولية وإخراج النتائج من أجهزة الكمبيوتر المركزية.

أجهزة التخزين الخارجية (VZU) تتمتع بسعة كبيرة وسرعة منخفضة نسبيًا. وتشمل هذه محركات الأقراص المغناطيسية (MDDs)، ومحركات الأشرطة المغناطيسية (MTDs)، ومحركات الأقراص الضوئية (ODDs)، ومحركات أقراص الذاكرة المحمولة.

يمكن لجهاز كمبيوتر واحد استخدام من واحد إلى عدة مئات من الأجهزة الخارجية. عادةً ما يكون تكوين هذه الأجهزة متغيرًا ويتم تحديده من خلال تكوين المهام التي تم حلها على جهاز كمبيوتر معين. ولذلك فمن المعتاد أن نقول حول تكوين الكمبيوتر ، فهم بهذا المصطلح التركيبة المحددة لأجهزتها، مع مراعاة خصائصها.

من المقبول أن يتم استدعاء نقل المعلومات من الأجهزة الطرفية إلى قلب الكمبيوتر الشخصي عملية الإدخال. يسمى نقل المعلومات من قلب الكمبيوتر إلى الأجهزة الطرفية عملية الانسحاب.

في بعض الأحيان يتم تقسيم الأجهزة الطرفية إلى أجهزة طرفية للنظام، والتي بدونها لا يمكن للكمبيوتر أن يعمل بشكل كامل، وأخرى إضافية. تشتمل الأجهزة الطرفية للنظام على لوحة المفاتيح والشاشة ومحرك الأقراص الثابتة والطابعة. تشمل الأجهزة الإضافية أجهزة مختلفة لإدخال وإخراج المعلومات، وأجهزة للتواصل مع البيئة الخارجية، ومعالجة معلومات الوسائط المتعددة.

يتضمن هيكل أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء قنوات الإدخال/الإخراج – مجموعة من الأجهزة التي توفر تبادل البيانات بين المعالج المركزي وذاكرة الوصول العشوائي وأجهزة الإدخال / الإخراج.

يمكن أن تعمل القنوات بالتوازي مع المعالج المركزي. والغرض الرئيسي منها هو إزالة بعض وظائف إدارة تبادل البيانات مع الأجهزة الخارجية من المعالج المركزي.

يتم تحديد فعالية استخدام الكمبيوتر ليس فقط من خلال تكوين أجهزته وخصائصها، ولكن أيضًا من خلال الطريقة التي تنظم بها عملهم المشترك. يتم توصيل مكونات الكمبيوتر باستخدام واجهات - مجموعة من الأجهزة والبرامج الموحدة التي تضمن تبادل المعلومات بين الأجهزة. يعتمد بناء الواجهات على استخدام طرق موحدة لترميز البيانات وتوحيد عناصر الاتصال. يتيح لك وجود واجهات قياسية توحيد نقل المعلومات بين الأجهزة، بغض النظر عن ميزاتها.

يتم استخدام هياكل مختلفة لفئات مختلفة من أجهزة الكمبيوتر. تستخدم أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء عادةً بنية هرمية ذات مستويات متعددة من الواجهات وقنوات الإدخال والإخراج. البنية الأكثر استخدامًا في جهاز الكمبيوتر هي البنية الأساسية للنظام والتي تسمى نظام الحافلات، وهو عبارة عن نظام من الأسلاك المدمجة وظيفيًا والتي توفر نقل البيانات وعناوين البيانات وإشارات التحكم (الشكل 4.2).

يتم استدعاء عدد الأسلاك في ناقل النظام المخصص لنقل البيانات عرض الحافلة. يحدد عرض الناقل عدد البتات الثنائية المرسلة على الناقل في نفس الوقت. يحدد عدد أسلاك العناوين مقدار ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التي يمكن معالجتها.

منصة الأجهزة - مجموعة من الوسائل التقنية التي تحدد بيئة تشغيل برامج معينة. أساس النظام الأساسي للأجهزة هو مزيج من لوحة النظام (اللوحة الأم) ونوع المعالج المستخدم.

أرز. 4.2.

وحدة المعالجة المركزية – وحدة المعالجة المركزية؛ ذاكرة الوصول العشوائي – ذاكرة الوصول العشوائي؛ ROM - ذاكرة القراءة فقط؛ وحدة التحكم – جهاز للتحكم في الأجهزة الطرفية

• سمي على اسم العالم الأمريكي ج. فون نيومان (1903-1957)، الذي أثبت في عام 1946 تكوين الأجهزة الأساسية ومبادئ تشغيل الكمبيوتر.

الموضوع 1.1: الأسس النظرية للمعلوماتية الاقتصادية

الموضوع 1.2: الوسائل التقنية لمعالجة المعلومات

الموضوع 1.3: برامج النظام

الموضوع 1.4: برمجيات الخدمة وأساسيات الخوارزميات

مقدمة في المعلوماتية الاقتصادية

1.2. الوسائل التقنية لمعالجة المعلومات

1.2.2. هندسة الكمبيوتر

تتضمن بنية الكمبيوتر كلاً من البنية التي تعكس تكوين الكمبيوتر والبرمجيات والدعم الرياضي. هيكل الكمبيوتر عبارة عن مجموعة من العناصر والاتصالات فيما بينها. المبدأ الأساسي لبناء جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة هو التحكم في البرنامج.

تم وضع أسس عقيدة هندسة الكمبيوتر بواسطة جون فون نيومان. أدى الجمع بين هذه المبادئ إلى ظهور هندسة الكمبيوتر الكلاسيكية (فون نيومان).

لم يطرح فون نيومان المبادئ الأساسية للبنية المنطقية للكمبيوتر فحسب، بل اقترح أيضًا هيكله، كما هو موضح في الشكل 1.

أرز. 1.

أحكام فون نيومان:

1. يتكون الكمبيوتر من عدة أجهزة رئيسية (وحدة حسابية منطقية، وحدة تحكم، ذاكرة، ذاكرة خارجية، أجهزة إدخال وإخراج).
2. الوحدة الحسابية المنطقية - تقوم بالعمليات المنطقية والحسابية اللازمة لمعالجة المعلومات المخزنة في الذاكرة.
3. جهاز التحكم - يوفر التحكم والمراقبة لجميع أجهزة الكمبيوتر (يتم الإشارة إلى إشارات التحكم بواسطة الأسهم المنقطة).
4. البيانات المخزنة في جهاز التخزين تكون في شكل ثنائي.
5. يتم تخزين البرنامج الذي يقوم بتشغيل الكمبيوتر والبيانات في نفس جهاز التخزين.
6. تستخدم أجهزة الإدخال والإخراج لإدخال وإخراج المعلومات.

ومن أهم المبادئ، مبدأ البرنامج المخزن، أن يتم تخزين البرنامج في ذاكرة الجهاز بنفس الطريقة التي يتم بها تخزين المعلومات الأصلية فيها.

تشكل الوحدة الحسابية المنطقية ووحدة التحكم في أجهزة الكمبيوتر الحديثة معالج الكمبيوتر. يُطلق على المعالج الذي يتكون من دائرة متكاملة كبيرة واحدة أو أكثر اسم المعالج الدقيق أو مجموعة المعالجات الدقيقة.

المعالج هو جزء وظيفي من جهاز الكمبيوتر الذي ينفذ العمليات الأساسية لمعالجة البيانات والتحكم في تشغيل الوحدات الأخرى. المعالج عبارة عن محول للمعلومات القادمة من الذاكرة والأجهزة الخارجية.

توفر أجهزة التخزين تخزين البيانات الأولية والمتوسطة ونتائج الحسابات والبرامج. وهي تشمل: ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وذاكرة الوصول العشوائي الإضافية (SRAM)، وذاكرة القراءة فقط (ROM)، والذاكرة الخارجية (VRAM).

تقوم الذكريات التشغيلية بتخزين المعلومات التي يعمل بها الكمبيوتر مباشرة في وقت معين (الجزء المقيم من نظام التشغيل، برنامج التطبيق، البيانات المعالجة). تقوم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بتخزين البيانات الأكثر استخدامًا بواسطة المعالج. فقط المعلومات المخزنة في SRAM وRAM هي التي يمكن للمعالج الوصول إليها مباشرة.

تُستخدم أجهزة التخزين الخارجية (محركات الأقراص المغناطيسية، مثل محرك الأقراص الثابتة أو محرك الأقراص الثابتة) ذات سعة أكبر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ولكن مع وصول أبطأ بشكل ملحوظ، للتخزين طويل المدى لكميات كبيرة من المعلومات. على سبيل المثال، يتم تخزين نظام التشغيل (OS) على القرص الصلب، ولكن عند بدء تشغيل الكمبيوتر، يتم تحميل الجزء المقيم من نظام التشغيل في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ويظل هناك حتى تنتهي جلسة الكمبيوتر الشخصي.

تم تصميم ROM (ذاكرة القراءة فقط) وEPROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة لإعادة البرمجة) لتخزين المعلومات المكتوبة هناك بشكل دائم عند تصنيعها، على سبيل المثال، EPROM لنظام BIOS.

على سبيل المثال، تعمل لوحة المفاتيح كجهاز لإدخال المعلومات. كجهاز إخراج - شاشة عرض، طابعة، إلخ.

في جهاز الكمبيوتر المبني وفقًا لمخطط فون نيومان، تتم قراءة التعليمات من الذاكرة وتنفيذها بشكل تسلسلي. تتم الإشارة إلى رقم (عنوان) خلية الذاكرة التالية التي سيتم استخراج أمر البرنامج التالي منها بواسطة جهاز خاص - عداد أوامر في جهاز التحكم.