ARCHITEKTURA KOMPUTEROWA
Klasyfikacja komputerowa
Podstawowe bloki PC i ich przeznaczenie
Interfejs systemowy w maszynie
Specyfikacje funkcjonalne komputera
EVM (komputer) – zespół środków technicznych przeznaczonych do automatycznego przetwarzania informacji w procesie rozwiązywania problemów obliczeniowych i informacyjnych.
Znaki klasyfikacyjne:
zgodnie z zasadą działania (ale różnią się między sobą rodzajem prezentacji informacji);
według etapów stworzenia;
po wcześniejszym umówieniu;
pod względem wielkości i funkcjonalności.
Architektura komputerowa – zbiór jego właściwości istotnych dla użytkownika.
Budowa i funkcjonalność komputera:
podstawowe (zapewniają przetwarzanie i przechowywanie informacji, wymianę informacji z obiektami zewnętrznymi);
dodatkowe (zapewniają wydajne tryby pracy, dialog z użytkownikiem, wysoką niezawodność).
Wymienione funkcje komputera realizowane są za pomocą jego komponentów: sprzętu i oprogramowania.
Komputer osobisty – komputer stacjonarny lub przenośny spełniający wymogi powszechnej dostępności i powszechności zastosowania.
Zalety komputera:
niski koszt (w ramach dostępności dla indywidualnego użytkownika);
autonomia działania;
elastyczność architektury (możliwość adaptacji do różnych zastosowań w zarządzaniu, nauce, edukacji, życiu codziennym);
„przyjazność” systemu operacyjnego i oprogramowania (możliwość pracy bez specjalnego przeszkolenia);
wysoka niezawodność działania.
Typy komputerów:
wersja stacjonarna (komputer stacjonarny);
wersja kolanowa (laptop).
wersja notebooka.
kieszeń (Palm Top - podręczna);
sekretarki elektroniczne (PDA - Personal Digital Assistant), posiadają szerszą funkcjonalność jak zwykły komputer PC i wbudowane oprogramowanie do zarządzania danymi osobowymi (adresami, numerami telefonów, harmonogramami spotkań itp.);
notesy elektroniczne (organizator).
Podstawowa (typowa) konfiguracja komputera:
jednostka systemowa (jest to centralne łącze systemu komputerowego);
monitor (przeznaczony do wyświetlania informacji tekstowych i graficznych);
klawiatura (służy do wprowadzania tekstu, liczb i poleceń do komputera);
Klasyfikacja jednostek systemowych:
poziomy (stacjonarny, płaski i bardzo płaski (smukły));
pionowe (wieżowe, pełnowymiarowe, średnie, małe).
Jednostka systemowa zawiera najważniejsze elementy:
płyta główna (systemowa) (zawiera procesor centralny, chipset mikroprocesora, koprocesor matematyczny, generator zegara, jednostki RAM i ROM, magistrale, adaptery klawiatury, dysk twardy, dysk twardy, kontroler przerwań, timer itp.)
jednostka mocy;
napędy dyskowe;
napędy dyskowe;
złącza do urządzeń dodatkowych;
karty rozszerzeń ze sterownikami (adapterami) do różnych urządzeń.
Zewnętrzne urządzenia dodatkowe przeznaczone do wprowadzania, wysyłania i długotrwałego przechowywania danych nazywane są urządzeniami peryferyjnymi.
Struktura komputera:
mikroprocesor (jednostka centralna przeznaczona do sterowania pracą wszystkich bloków maszynowych oraz wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych na informacjach);
generator impulsów zegarowych (generuje sekwencję impulsów elektrycznych, których częstotliwość określa częstotliwość zegara maszyny);
magistrala systemowa (główny system interfejsu komputera, który zapewnia połączenie i komunikację wszystkich jego urządzeń ze sobą; z technicznego punktu widzenia magistrala składa się z wiązki przewodów, przez które przesyłane są sygnały. Interfejs magistrali z urządzenie nazywa się portem, któremu dla ścisłości przypisany jest numer zwany adresem);
pamięć główna (przeznaczona do przechowywania i szybkiej wymiany informacji z innymi jednostkami maszyny);
pamięć zewnętrzna (służy do długotrwałego przechowywania informacji; przechowywane jest w niej całe oprogramowanie komputerowe);
źródło zasilania (jednostka zawierająca system zasilania autonomicznego i sieciowego);
timer (zegar elektroniczny wbudowany w maszynę, podłączony do autonomicznego źródła zasilania, działa po odłączeniu od sieci);
urządzenia zewnętrzne.
Koordynacja pomiędzy poszczególnymi węzłami i blokami odbywa się za pomocą przejściowych urządzeń sprzętowo-logicznych – interfejsów sprzętowych.
Standardy interfejsów sprzętowych nazywane są protokołami.
Protokół to zbiór warunków technicznych, które muszą zapewnić twórcy urządzeń, aby skutecznie koordynować ich działanie z innymi urządzeniami.
Skład mikroprocesora:
urządzenie sterujące (generuje i dostarcza określone sygnały sterujące, generuje adresy komórek pamięci i przekazuje te adresy do odpowiednich bloków, odbiera sekwencję impulsów z generatora impulsów zegarowych);
jednostka arytmetyczno-logiczna (wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne na informacjach numerycznych i symbolicznych);
pamięć mikroprocesorowa (służy do krótkotrwałego przechowywania, rejestrowania i wyprowadzania informacji, zbudowana na rejestrach i służąca zapewnieniu dużej szybkości maszyny; rejestry to szybkie komórki pamięci o różnej długości);
układ interfejsów mikroprocesora (realizuje parowanie i komunikację z innymi urządzeniami PC, zawiera interfejs wewnętrzny, bufor pamięci rejestrów, układy sterujące portami wejścia-wyjścia (umożliwia podłączenie kolejnego urządzenia PC) oraz magistralę systemową.
Częstotliwość generatora zegara jest jedną z głównych cech komputera i w dużej mierze determinuje jego prędkość działania, ponieważ każda operacja wykonywana jest w określonej liczbie cykli.
Cykl pracy maszyny – odstęp czasowy pomiędzy sąsiadującymi impulsami.
Interfejs systemu wewnątrzmaszynowego (system komunikacji i łączenia ze sobą węzłów i bloków komputerowych) to zestaw elektrycznych linii komunikacyjnych (przewodów), obwodów interfejsu z elementami komputera, protokołów (algorytmów) do przesyłania i przetwarzania sygnałów.
Opcje organizacji interfejsu wewnątrzmaszynowego:
interfejs wielopołączeniowy (każdy blok PC jest połączony z innymi blokami lokalnymi przewodami, stosowanymi w najprostszych komputerach domowych);
interfejs pojedynczego połączenia (wszystkie bloki PC są połączone ze sobą za pomocą magistrali wspólnej lub systemowej).
Używany jako interfejs systemowy magistrala systemowa .
Jako magistralę systemową można wykorzystać:
magistrale rozszerzeń (szyny ogólnego przeznaczenia, które pozwalają na podłączenie dużej liczby różnych urządzeń);
autobusy lokalne (specjalizujące się w obsłudze niewielkiej liczby urządzeń określonej klasy).
Magistrala systemowa zawiera:
szyna danych kodowych (zawiera przewody i obwody łączące do równoległej transmisji wszystkich bitów kodu numerycznego; kopiuje dane z pamięci RAM do rejestrów procesora i z powrotem);
magistrala kodu adresowego (zawiera przewody i obwody łączące do równoległej transmisji wszystkich bitów kodu głównej komórki pamięci lub portu wejścia/wyjścia urządzenia zewnętrznego);
magistrala instrukcji kodowych (zawiera przewody i obwody interfejsu do przesyłania instrukcji do wszystkich bloków maszyny);
szyna zasilająca (posiada przewody i obwody interfejsu do podłączenia jednostek PC do systemu zasilania).
Magistrala systemowa zapewnia przesyłanie informacji:
Porty wejścia/wyjścia wszystkich bloków maszyn są połączone poprzez odpowiednie zunifikowane złącza bezpośrednio lub poprzez kontrolery (adaptery).
Wymiana informacji pomiędzy urządzeniami zewnętrznymi a magistralą systemową odbywa się za pomocą kodów ASCII.
Magistrale rozszerzeń:
opona Magistrala RS/XT – 8-bitowa szyna danych i 20-bitowa szyna adresowa, częstotliwość taktowania 4,77 MHz, posiada 4 linie dla przerwań sprzętowych i 4 kanały bezpośredniego dostępu do pamięci;
opona Magistrala PC/AT – 16-bitowa magistrala danych i 24-bitowa szyna adresowa, częstotliwość taktowania do 8 MHz, można zastosować również MP o częstotliwości taktowania do 16 MHz, posiada 7 linii dla przerwań sprzętowych i 4 kanały dla bezpośredniego dostępu do pamięci;
opona JEST (Industry Standard Architecture) – 16-bitowa magistrala danych i 24-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania 8 MHz, może być również używana z MP o częstotliwości taktowania do 50 MHz, posiada do 15 linii dla przerwań sprzętowych i do 11 kanałów bezpośredniego dostępu do pamięci, przestrzeń adresowa zwiększona do 16 MB, przepustowość teoretycznie 16 MB/s, praktycznie - 4-5 MB/s;
opona EISA (Rozszerzony ISA) – 32-bitowa magistrala danych i 32-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania 8-33 MHz, przestrzeń adresowa 4 GB, przepustowość do 33 MB/s, ulepszony system przerwań oraz automatyczna konfiguracja systemu i zarządzanie kanałami dla pamięci bezpośredniej dostęp, zwiększona ilość złączy rozszerzeń (teoretycznie można podłączyć do 15 urządzeń, praktycznie do 10), kompatybilna z magistralą ISA, stosowana w szybkich komputerach PC, serwerach sieciowych i stacjach roboczych;
opona MSA – 32-bitowa magistrala danych i 32,64-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania 10-20 MHz, przepustowość do 76 MB/s, możliwość podłączenia do 15 urządzeń, zbliżona do magistrali EISA, ale niekompatybilna ani z ISA ani z EISA nie jest szeroko stosowany.
Lokalne autobusy:
opona VLB (VESA Local Bus) – 32,64-bitowa magistrala danych i 32-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania do 33 MHz, teoretyczna przepustowość 132 MB/s, praktycznie 80 MB/s, niewielka liczba podłączonych urządzeń – 4, mogą występować konflikty pomiędzy podłączone urządzenia, ściśle zależne od częstotliwości zegara MP;
opona PCI (Peripheral Component Interconnect) – 32,64-bitowa magistrala danych i 32-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania do 33 MHz, teoretyczna przepustowość 132,264 MB/s, praktycznie 50,100 MB/s, liczba podłączonych urządzeń – 10, możliwość obsługi wielu magistrali rozszerzeń funkcje, obecnie wykorzystywane jako magistrala do podłączenia urządzeń zewnętrznych;
opona FSB (Front Side Bus) – 32,64-bitowa magistrala danych i 32-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania do 133 MHz, przepustowość do 800 MB/s, służąca do połączenia procesora i pamięci, częstotliwość tej magistrali jest jedną z parametry konsumenckie;
opona AGP (Advanced Graphic Port) – 32,64-bitowa magistrala danych i 32-bitowa magistrala adresowa, częstotliwość taktowania 33 lub 66 MHz, przepustowość do 1066 MB/s, wykorzystywana do komunikacji z kartą wideo;
opona USB (Universal Serial Bus) – przepustowość do 1,5 Mbit/s, umożliwia podłączenie do 256 urządzeń za pomocą interfejsu szeregowego, praktycznie eliminuje konflikty pomiędzy różnymi urządzeniami, umożliwia łączenie i rozłączanie urządzeń w „trybie gorącym” oraz umożliwia połączyć kilka komputerów i najprostszą sieć lokalną bez użycia specjalnego sprzętu i oprogramowania.
Korzystanie z magistrali VLB i PCI w komputerze PC jest możliwe, jeśli posiadasz odpowiednią płytę główną.
Płyty główne produkowane są w konstrukcji multibus VIP (inicjały VLB, ISA, PCI).
Baran (RAM – pamięć o dostępie swobodnym) to układ komórek krystalicznych zdolnych do przechowywania danych.
Z punktu widzenia fizycznej zasady działania istnieją:
pamięć dynamiczna (DRAM) – o ogniwach można myśleć jak o mikrokondensatorach zdolnych do magazynowania ładunku na swoich płytkach. Mikroukłady są używane jako główny system operacyjny komputera. Jest to najpopularniejszy i najbardziej dostępny ekonomicznie rodzaj pamięci. Wada: stale wymagana jest regeneracja (ładowanie) komórek RAM, co powoduje marnotrawstwo systemu obliczeniowego.
pamięć statystyczna (SRAM) – komórki mogą być reprezentowane w postaci mikroelementów (triggerów) składających się z kilku tranzystorów. Spust przechowuje nie ładunek, ale stan (włączony/wyłączony), więc ten typ pamięci zapewnia wysoką wydajność. Układy tej pamięci służą jako pamięć pomocnicza (pamięć podręczna), zaprojektowana w celu optymalizacji działania komputera.
Pamięć główna zawiera:
pamięć tylko do odczytu (ROM służy do przechowywania niezmiennych informacji programowych i referencyjnych i umożliwia szybkie odczytanie jedynie informacji w niej przechowywanych);
pamięć o dostępie swobodnym (RAM przeznaczona jest do zapisywania, przechowywania i odczytywania online informacji biorących udział w procesie w danym momencie, zaletą jest szybkość i możliwość dostępu do każdej komórki pamięci z osobna, wadą jest zmienność).
Kiedy komputer jest włączony, w jego pamięci RAM nie ma nic (programów, poleceń). Dlatego natychmiast po włączeniu adres początkowy jest ustawiany na szynie adresowej procesora. Dzieje się to na sprzęcie, bez udziału programów. Procesor udaje się pod wskazany adres po swoje pierwsze polecenie i rozpoczyna pracę zgodnie z programami.
Ten adres źródłowy nie może wskazywać na OP, ponieważ jeszcze nic w nim nie ma. Wskazuje na ROM. Układ ROM może przechowywać informacje przez długi czas, nawet gdy komputer jest wyłączony.
Programy znajdujące się w pamięci ROM nazywane są „hardwired” - są tam zapisywane na etapie produkcji mikroukładu.
Zbiór programów w pamięci ROM tworzy podstawowy system wejścia-wyjścia ( BIOS - Podstawowy System Wejścia Wyscia).
Głównym celem programów w tym pakiecie:
sprawdzić skład i wydajność systemu komputerowego;
zapewnić interakcję z klawiaturą, monitorem, dyskiem twardym i stacją dyskietek;
zapewniają możliwość przeglądania na ekranie komunikatów diagnostycznych towarzyszących uruchomieniu komputera,
zapewnić, w razie potrzeby, możliwość ingerencji w proces uruchamiania za pomocą klawiatury.
Pamięć zewnętrzna obejmuje różne typy urządzeń pamięci masowej, w szczególności dyski twarde (HDD) i stacje dyskietek (FLMD).
Ich celem jest przechowywanie dużych ilości informacji, rejestrowanie i wydawanie przechowywanych informacji na żądanie w pamięci RAM.
Różnią się konstrukcją, objętością przechowywanych informacji oraz czasem wyszukiwania, rejestrowania i odczytywania informacji.
Dyski magnetyczne – komputerowe nośniki danych.
Informacje na MD są zapisywane i odczytywane przez głowice magnetyczne wzdłuż koncentrycznych okręgów - ścieżek (ścieżek).
Liczba ścieżek na płycie MD i ich pojemność informacyjna zależą od rodzaju płyty MD, konstrukcji napędu MD, jakości głowic magnetycznych i powłoki magnetycznej.
Każda ścieżka MD jest podzielona na sektory po 128, 256, 512 lub 1024 bajty.
Wymiana danych pomiędzy NMD a PO odbywa się sekwencyjnie według całkowitej liczby sektorów.
Grupa – minimalna jednostka informacji umieszczona na dysku, składająca się z jednego lub większej liczby sąsiadujących ze sobą sektorów ścieżki.
Podczas zapisywania i odczytywania informacji MD obraca się wokół własnej osi, a mechanizm sterujący głowicą magnetyczną przenosi ją na ścieżkę wybraną do zapisu lub odczytu informacji.
Plik – nazwany obszar pamięci zewnętrznej przeznaczony do przechowywania tablicy danych.
Plik – ciąg dowolnej liczby bajtów o unikalnej nazwie.
Nazwa pliku może zawierać dane adresowe, informację o rodzaju danych w nim zawartych. Przechowywanie plików jest zorganizowane w hierarchiczną strukturę zwaną strukturą plików.
Pełna nazwa pliku to właściwa nazwa pliku wraz ze ścieżką dostępu do niego.
<имя носителя \ <имя каталога-1 \...\ <имя каталога-N \ <собственное имя файла
Dane na dyskach przechowywane są w plikach. Plikowi przydzielane jest pole pamięci będące wielokrotnością określonej liczby klastrów. Klastry tego samego pliku mogą znajdować się w dowolnej wolnej przestrzeni i niekoniecznie sąsiadują ze sobą.
Pliki znajdujące się w plikach rozproszonych po dysku nazywane są fragmentowane .
Formatowanie dyskietki – stworzenie struktury do zapisu na jej powierzchni informacji: oznaczania śladów, sektorów, rejestrowania znaczników i innych informacji serwisowych.
Monitor – urządzenie służące do wyświetlania informacji przesyłanych przez komputer do użytkownika.
Rozmiar ekranu monitora mierzony jest po przekątnej w calach.
Z grubsza można wyróżnić następujące grupy:
monitory kineskopowe (obraz tworzony jest przez wiązkę elektronów, które „zapalają” kropki kolorowego luminoforu, którym od wewnątrz pokryta jest powierzchnia ekranu. Każdy piksel obrazu składa się z trzech kolorowych kropek luminoforu: czerwonej, zielony i niebieski. Przepływ elektronów tworzących obraz na ekranie monitora katodowego jest dość silny i nie wszystkie są gaszone przez luminofor i powłokę ochronną ekranu. Ponadto występują silne pola magnetyczne wykorzystywane do sterowania wiązkami. Wszystko to powoduje, że monitory wiązek elektronów, choć w niewielkim stopniu, są źródłami szkodliwego promieniowania).
Monitory LCD (warstwa robocza monitorów ciekłokrystalicznych składa się z wielu małych ciekłych kryształów, które pod wpływem przyłożonego do nich małych napięć mogą zmieniać swoją barwę i przezroczystość. Monitory takie nie emitują);
monitory multimedialne (monitory elektroniczne i ciekłokrystaliczne, które mogą pełnić dodatkowe funkcje: odtwarzać i odbierać dźwięk za pomocą wbudowanych głośników i mikrofonu, a nawet odbierać obrazy za pomocą wbudowanej kamery wideo).
Wyświetlacz może pracować:
w trybie tekstowym (ekran wyświetlacza podzielony jest na 25 linii po 80 znaków w każdej. Tryb ten służy do wyświetlania predefiniowanych znaków: dużych i małych liter łacińskich, liter alfabetu rosyjskiego, cyfr i innych różnorodnych symboli);
w trybie graficznym (obraz jest wyświetlany na ekranie wyświetlacza za pomocą punktów (pikseli). W tym trybie z reguły tworzone są obrazy i rysowane wykresy; podczas wyświetlania informacji tekstowych w tym trybie wydajność będzie niższa, ponieważ każdy znak musi być rysowane kropkami).
Rezolucja – głównym parametrem charakteryzującym jakość obrazu graficznego na ekranie wyświetlacza jest liczba punktów pionowych i poziomych.
Punkt (piksel) – pewien minimalny obszar ekranu, w którym mieszają się promienie czerwone, niebieskie i zielone, których intensywność decyduje o kolorze w danym punkcie.
Wyświetlacz VGA 640x480 oznacza, że wyświetlacz jest typu VGA z liczbą pikseli w poziomie 640 i w pionie 480. Rozdzielczość dobrych monitorów sięga 1280x1024 i więcej.
Dodatkowo każdy wyświetlacz charakteryzuje się liczbą odtwarzanych kolorów, która może wynosić od 2 (obraz czarno-biały) do 256 i więcej (16 milionów kolorów - wyświetlacze Super VGA). Im lepszy wyświetlacz, tym więcej kolorów może odtworzyć.
Klawiatura komputerowa – urządzenie do wprowadzania poleceń i tekstu.
Grupy kluczy według przeznaczenia:
blok alfabetu (zawierają klawisze służące do wprowadzania znaków tekstowych. Pierwszy rząd od góry składa się z klawiszy z cyframi, nad którymi widnieją znaki specjalne. W zależności od naciśniętych klawiszy specjalnych można wpisywać cyfry lub symbole. Do wprowadzania wielkich i innych znaków znajdujących się w wielką literą klawiatury użyj klawisza „Shift”);
klawisze funkcyjne F1, …, F12 (znajdują się na górze klawiatury i służą do szybkiego wprowadzania powtarzających się poleceń jednym klawiszem w różnych programach. Przykładowo klawisz F10 często służy do zamykania programów, a klawisz F1 często służy do wywoływania pomocy lub podpowiedzi );
klawisze kursora (przeznaczony do poruszania się po tekście lub poleceniach menu, umieszczony w dolnej części klawiatury, po prawej stronie bloku alfabetu. Kursor tekstowy to znak specjalny, który wskazuje miejsce w wierszu, w którym zostanie wprowadzony kolejny znak);
blok cyfrowy (po naciśnięciu klawisza „NumLock” zapala się odpowiednia lampka i można używać tego bloku do wprowadzania liczb. Jeśli lampka nie świeci, to za pomocą klawiszy bloków numerycznych można kontrolować ruch kursora tekstowego);
klucze serwisowe
Ctrl” i „Alt” Zwykle działają tylko w połączeniu z innymi klawiszami, zwiększają liczbę poleceń, które mogą wykonywać klawisze funkcyjne.
"Wyjście" pomaga anulować dowolne polecenie.
"Duże litery" służy do naprawy trybu wielkich liter. Po jego naciśnięciu zaświeci się wskaźnik w prawej górnej części klawiatury. Przełączenie klawiatury z trybu wprowadzania liter rosyjskich na tryb wprowadzania znaków łacińskich odbywa się za pomocą specjalnie przypisanych klawiszy.
"Wchodzić" (wejście) (służy do przesuwania kursora na początek kolejnej linii, służy także do wprowadzania poleceń w systemie operacyjnym).
„Przestrzeń z tyłu” (przedstawiony strzałką w lewo) umożliwia przesunięcie kursora o jedną pozycję w lewo i usunięcie znaku znajdującego się w tej pozycji.
"Usuwać" (usuń) służy do usuwania znaku, na którym znajduje się kursor. W tym przypadku sam kursor pozostaje w tym samym miejscu, a wszystkie znaki na prawo od kursora zostają przesunięte o jedną pozycję w lewo.
"Wstawić" (wkładka) służy do przejścia z trybu wstawiania do trybu wymiany i z powrotem. W trybie wstawiania wpisywane znaki pojawiają się w miejscu, w którym znajduje się kursor, a część linii znajdująca się na prawo od kursora jest przesuwana o jedną pozycję w prawo przy każdym naciśnięciu klawisza. W trybie zamiany tekst znajdujący się na prawo od kursora nie przesuwa się, a wprowadzone znaki pojawiają się w miejscu starych, nadpisując je.
„PgUp”, „PgDown” » służą do poruszania się odpowiednio w górę i w dół ekranu strona po stronie.
„Dom” i „Koniec” służą do przesuwania kursora odpowiednio na początek i koniec linii.
"Patka" służy do przesunięcia kursora o kilka () pozycji w prawo, zwykle o 4 lub 8.
"Zrzut ekranu" służy do zapisywania bieżącego stanu ekranu w specjalnym obszarze OP, zwanym schowkiem.
„Blokada przewijania” przełącza tryb pracy w niektórych programach (zwykle nieaktualnych).
"Przerwa" wstrzymuje/przerywa proces.
Mysz – urządzenie sterujące typu manipulator, przeznaczone do sterowania programami komputerowymi.
Poruszanie myszą po płaskiej powierzchni jest zsynchronizowane z przesuwaniem obiektu graficznego (wskaźnika myszy) po ekranie monitora.
Na korpusie myszy znajdują się dwa lub trzy przyciski sterujące. W przypadku łopatek z trzema przyciskami używane są zwykle tylko przyciski zewnętrzne, a przycisk środkowy służy do pracy tylko z określonymi typami programów. Czasami środkowy przycisk jest wykonany w formie koła.
Charakterystyka funkcjonalna komputera:
prędkość, wydajność, częstotliwość zegara;
pojemność bitowa szyn kodowych maszyny i interfejsu;
rodzaje interfejsów systemowych i lokalnych;
Pojemność pamięci RAM;
pojemność dysku twardego (dysk twardy);
rodzaj i pojemność stacji dyskietek;
rodzaje i pojemność pamięci podręcznej;
rodzaj monitora wideo i adaptera wideo;
obecność koprocesora matematycznego;
dostępne oprogramowanie i rodzaj systemu operacyjnego;
kompatybilność sprzętu i oprogramowania z innymi typami komputerów;
umiejętność pracy w sieci komputerowej;
umiejętność pracy w trybie wielozadaniowym;
niezawodność;
cena;
Wymiary i waga.
Komputery elektroniczne (komputery), lub, jak się je obecnie częściej nazywa, komputery, są jednym z najbardziej niesamowitych dzieł człowieka. W wąskim znaczeniu komputery to urządzenia, które wykonują różnego rodzaju obliczenia lub ułatwiają ten proces. Najprostsze urządzenia służące podobnym celom pojawiły się już w starożytności, kilka tysięcy lat temu. W miarę rozwoju cywilizacji ludzkiej, cywilizacja ta powoli ewoluowała, stale się doskonaląc. Jednak dopiero w latach 40-tych naszego stulecia zaczęto tworzyć komputery o nowoczesnej architekturze i nowoczesnej logice. Lata te można słusznie uznać za czas narodzin nowoczesnych (oczywiście elektronicznych) komputerów.
Aby komputer był zarówno skutecznym, jak i wszechstronnym narzędziem, musi składać się z następujących struktur: centralna jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU), centralna jednostka sterująca (CU), która „przeprowadza” operacje, urządzenie przechowujące lub pamięć oraz urządzenia wejścia/wyjścia.
Von Neumann zauważył, że system ten musi działać na liczbach binarnych, być urządzeniem raczej elektronicznym niż mechanicznym i wykonywać operacje sekwencyjnie, jedna po drugiej.
Zasady sformułowane przez von Neumanna zostały powszechnie przyjęte i stały się podstawą zarówno komputerów mainframe pierwszej generacji, jak i późniejszych mini- i mikrokomputerów. I chociaż w ostatnim czasie trwają intensywne poszukiwania komputerów zbudowanych na innych niż klasyczne zasadach, większość komputerów budowana jest według zasad określonych przez Neumanna.
Architektura i struktura komputera
Rozważając urządzenia komputerowe, często rozróżnia się ich architekturę i strukturę. Architektura komputerowa nazywa się na pewnym ogólnym poziomie jego opisem, obejmującym opis możliwości programowania użytkownika, systemów dowodzenia, systemów adresowania, organizacji pamięci itp. Architektura określa zasady działania, połączenia informacyjne i wzajemne połączenia głównych węzłów logicznych komputera: procesora, pamięci RAM, pamięci zewnętrznej i urządzeń peryferyjnych. Wspólna architektura różnych komputerów zapewnia ich kompatybilność z punktu widzenia użytkownika. Struktura komputera to zbiór jego elementów funkcjonalnych i powiązań między nimi. Elementami mogą być najróżniejsze urządzenia - od głównych węzłów logicznych komputera po najprostsze obwody. Struktura komputera jest przedstawiona graficznie w postaci schematów blokowych, za pomocą których można opisać komputer na dowolnym poziomie szczegółowości. Najpopularniejsze rozwiązania architektoniczne to: Architektura klasyczna(architektura von Neumanna) - jedna jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU), przez którą przechodzi przepływ danych, oraz jedno urządzenie sterujące (CU), przez które przechodzi przepływ poleceń - program. Jest to komputer jednoprocesorowy. Do tego typu architektury zalicza się także architekturę komputera osobistego ze wspólną magistralą. Wszystkie bloki funkcjonalne są tutaj połączone wspólną magistralą, zwaną także magistralą systemową. Fizycznie autostrada to linia wieloprzewodowa z gniazdami do łączenia obwodów elektronicznych. Zestaw przewodów magistrali podzielony jest na osobne grupy: szyna adresowa, szyna danych i szyna sterująca.
Kontroler- urządzenie łączące urządzenia peryferyjne lub kanały komunikacyjne z centralnym procesorem, odciążając procesor od bezpośredniego sterowania pracą tego urządzenia. Architektura wieloprocesorowa. Obecność kilku procesorów w komputerze oznacza, że wiele strumieni danych i wiele strumieni poleceń może być zorganizowanych równolegle. Dzięki temu kilka fragmentów jednego zadania może być realizowanych równolegle. Strukturę takiej maszyny, która ma wspólną pamięć RAM i kilka procesorów, pokazano na rysunku.
Architektura komputera wieloprocesorowego Wielomaszynowy system obliczeniowy. W tym przypadku kilka procesorów wchodzących w skład systemu komputerowego nie ma wspólnej pamięci RAM, ale każdy ma własną (lokalną). Każdy komputer w systemie wielomaszynowym ma klasyczną architekturę i taki system jest dość powszechnie stosowany. Jednak efekt wykorzystania takiego systemu obliczeniowego można uzyskać jedynie rozwiązując problemy, które mają bardzo szczególną strukturę: należy je podzielić na tyle luźno powiązanych ze sobą podzadań, ile jest komputerów w systemie. Przewaga szybkości wieloprocesorowych i wielomaszynowych systemów obliczeniowych nad jednoprocesorowymi jest oczywista. Architektura procesora równoległego. Tutaj kilka jednostek ALU działa pod kontrolą jednej jednostki sterującej. Oznacza to, że jeden program – czyli jeden strumień poleceń może przetworzyć bardzo dużo danych. Wysoką wydajność takiej architektury można osiągnąć jedynie w zadaniach, w których te same operacje obliczeniowe wykonywane są jednocześnie na różnych zbiorach danych tego samego typu. Budowę takich komputerów pokazano na rysunku.
Architektura procesora równoległego Nowoczesne samochody często zawierają elementy różnego typu rozwiązań architektonicznych. Istnieją również rozwiązania architektoniczne, które radykalnie różnią się od tych omówionych powyżej. Nowoczesny komputer osobisty składa się z kilku głównych elementów konstrukcyjnych:
|
Główną częścią każdego systemu komputerowego jest płyta główna z głównym procesorem i obsługującymi go układami scalonymi. Funkcjonalnie płytę główną można opisać na różne sposoby. Czasami taka płytka zawiera cały obwód komputera (pojedyncza płytka). W przeciwieństwie do komputerów jednopłytkowych, w komputerach zorientowanych na magistralę płyta główna realizuje minimalny obwód konfiguracyjny; pozostałe funkcje realizowane są za pomocą licznych dodatkowych kart. Wszystkie komponenty są połączone magistralą. Płyta główna nie posiada karty graficznej, niektórych rodzajów pamięci ani środków komunikacji z dodatkowymi urządzeniami. Urządzenia te (karty rozszerzeń) dodaje się do płyty systemowej poprzez podłączenie do szyny rozszerzeń, która jest częścią płyty systemowej.
Pierwsza płyta główna została opracowana przez firmę IBM i została pokazana w sierpniu 1981 roku (PC-1). W 1983 roku pojawił się komputer z powiększoną płytą główną (PC-2). Maksymalna pamięć, jaką PC-1 mógł obsłużyć bez użycia kart rozszerzeń, wynosiła 64 KB pamięci. PC-2 miał już 256 tys., ale najważniejsza różnica polegała na zaprogramowaniu obu płytek. Płyta główna PC-1 nie mogła bez regulacji obsługiwać najpotężniejszych urządzeń rozszerzających, takich jak dysk twardy i ulepszone karty wideo. Płyta główna to zespół różnych urządzeń, które wspierają działanie systemu jako całości. Obowiązkowe atrybuty płyty głównej to podstawowy procesor, pamięć RAM, system BIOS, kontroler klawiatury, złącza rozszerzeń. Płyta główna wewnątrz komputera jest główną częścią montażową, do której mocowane są inne komponenty.
Podczas normalnej pracy płyty głównej nie myślą o tym, dopóki komputer nie wymaga poprawy. Zwykle chcą zainstalować szybszy procesor, co wiąże się z wymianą płyty głównej. Na przykład nie można zastąpić starego Pentium MMX Pentium III bez nowej płyty głównej. Po wyglądzie płyty głównej można określić, jakiego rodzaju procesor, pamięć i dodatkowe urządzenia są potrzebne, które są wkładane do zewnętrznych portów i gniazd komputera. Ze względu na rozmiar płyty główne można ogólnie podzielić na trzy grupy. Wcześniej wszystkie płyty główne miały ekran 8,5/11 cali. W XT wymiary wzrosły o 1 cal; w AT wymiary wzrosły jeszcze bardziej. Często możemy mówić o „zielonych” płytach (zielona płyta główna). Teraz produkowane są tylko takie deski. Płyty główne te umożliwiają realizację kilku trybów oszczędnego zużycia energii (m.in. tzw. „uśpienia”, w którym następuje wyłączenie zasilania z podzespołów komputera, które w danej chwili nie pracują).
Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) skupiła się na zmniejszeniu zużycia energii przez systemy komputerowe. Sprzęt spełniający jej wymagania (EPA) musi pobierać średnio nie więcej niż 30 W (w trybie bezczynności), nie wykorzystywać materiałów toksycznych i umożliwiać 100% recykling. Ponieważ nowoczesne mikroprocesory wykorzystują napięcie zasilania 3,3-4 V, a do płytki dostarczane jest napięcie 5 V, w systemie Częstotliwość procesora, magistrali systemowej i magistrali peryferyjnych Wydajność różnych komponentów komputera (procesora, pamięci RAM i kontrolerów peryferyjnych) może się znacznie różnić. Aby koordynować wydajność, na płycie głównej instalowane są specjalne mikroukłady (chipsety), w tym kontroler pamięci RAM (tzw. mostek północny) i kontroler urządzeń peryferyjnych (mostek południowy).
Ryc.1. Schemat logiczny płyty głównej Magistrala PCI (Peripheral Component Interconnect bus) podłączona jest do mostka północnego, co zapewnia wymianę informacji ze sterownikami urządzeń peryferyjnych. Częstotliwość kontrolera jest mniejsza niż częstotliwość magistrali systemowej, na przykład, jeśli częstotliwość magistrali systemowej wynosi 100 MHz, wówczas częstotliwość magistrali PCI jest zwykle trzy razy mniejsza - 33 MHz. Kontrolery urządzeń peryferyjnych (karta dźwiękowa, karta sieciowa, kontroler SCSI, modem wewnętrzny) instalowane są w gniazdach rozszerzeń płyty głównej. Wraz ze wzrostem rozdzielczości monitora i głębi kolorów rosną wymagania dotyczące szybkości magistrali łączącej kartę graficzną z procesorem i pamięcią RAM. Obecnie do podłączenia karty graficznej zwykle wykorzystuje się specjalną magistralę AGP (Accelerated Graphic Port), podłączoną do mostka północnego i mającą częstotliwość kilkakrotnie wyższą niż magistrala PCI. Most południowy zapewnia wymianę informacji pomiędzy mostkiem północnym a portami do podłączenia urządzeń peryferyjnych. Urządzenia pamięci masowej (dyski twarde, CD-ROM, DVD-ROM) podłączane są do mostka południowego za pośrednictwem magistrali UDMA (Ultra Direct Memory Access). Mysz i modem zewnętrzny są podłączone do mostka południowego za pomocą portów szeregowych, które przesyłają jeden po drugim impulsy elektryczne niosące informację w kodzie maszynowym. Porty szeregowe są oznaczone jako COM1 i COM2 oraz Drukarka podłączona jest do portu równoległego, który zapewnia większą prędkość przesyłania informacji niż porty szeregowe, gdyż jednocześnie przesyła 8 impulsów elektrycznych niosących informację w kodzie maszynowym. Port równoległy jest oznaczony jako LTP i jest zaimplementowany sprzętowo jako 25-pinowe złącze na tylnym panelu jednostki systemowej. Do podłączenia skanerów i aparatów cyfrowych zwykle wykorzystuje się port USB (Universal Serial Bus), który zapewnia szybkie połączenie kilku urządzeń peryferyjnych z komputerem. Klawiatura jest zwykle podłączana za pomocą portu PS/2. |
ZASADY KONSTRUKCJI I ARCHITEKTURY KOMPUTERA.
1.1 Zasada działania komputera.
komputer – zespół urządzeń technicznych przeznaczonych do automatycznego przetwarzania komunikatów dyskretnych według wymaganego algorytmu.
Idea automatyzacji procesu przetwarzania danych jest osadzona w zasadzie działania komputera. Na ryc. 1.1 przedstawia schemat blokowy abstrakcyjnego komputera. Pokaże skład, porządek i zasady współdziałania głównych części funkcjonalnych komputera.
Rys. 1.1 Schemat blokowy komputera.
Każdy komputer zawiera następujące główne urządzenia:
Logika arytmetyczna (ALU);
Główne składniki oprogramowania zostały szczegółowo omówione w innych kursach i nie są omawiane tutaj. Kilka uwag na temat systemu operacyjnego.
System operacyjny nazwiemy kompleks oprogramowania i sprzętu komputerowego oraz niezbędnych tablic informacyjnych, które organizują proces obliczeniowy w celu realizacji zadań użytkownika poprzez optymalne planowanie wykorzystania i zarządzania wszystkimi zasobami komputera.
Jest to najbardziej ogólna i kompletna definicja systemu operacyjnego. Pozwala przedstawić komputer z punktu widzenia użytkownika jako wirtualny system wielopoziomowy (ryc. 1.6).
1 – system wirtualny użytkownika;
2 – maszyna wysunięta na zewnątrz;
3 – maszyna rozszerzona wewnętrznie.
a – sprzęt;
b – podstawowe funkcje systemu operacyjnego;
c – główne funkcje systemu operacyjnego;
d – warstwa procesowa;
e – język sterowania zadaniami i języki algorytmiczne.
Po raz pierwszy zaproponowany przez Dextrę w 1968 roku. w pracy „Struktura systemów wieloprogramowych”. Na podstawie reprezentacji systemu komputerowego w w postaci zagnieżdżonych maszyn wirtualnych o kompatybilności hierarchicznej.
Najniższy poziom to maszyna fizyczna i jest zaimplementowany sprzętowo przy użyciu zasad sterowania mikroprogramem lub obwodem. Każdy kolejny poziom zapewnia nowe funkcje poprzez system operacyjny i ogólne oprogramowanie. Na najniższym poziomie znajdują się środki do wdrażania mikrooperacji. Środki i funkcje kontroli na każdym kolejnym poziomie powstają ze środków i funkcji poziomów niższych w stosunku do rozpatrywanego poziomu. Każdy poziom charakteryzuje się czasem trwania realizowanej kontroli oraz pewnym zakresem objętym zarządzanymi środkami. Wyższy poziom kontroli realizują komponenty systemu operacyjnego, które stanowią kontynuację programową urządzenia sterującego i stanowią interfejs pomiędzy użytkownikiem a komputerem.
Niektóre współczesne systemy operacyjne pod względem poziomu rozwoju są na tyle zdolne do automatyzacji funkcji operatora, że słusznie można je zaliczyć do sztucznej inteligencji.
Praktyczne zastosowanie koncepcji wielopoziomowego systemu wirtualnego: uproszczenie i sformalizowanie opisu procesu funkcjonowania statku powietrznego i jego głównych podzespołów.
Wraz z rozwojem technologii komputerowej i oprogramowania każdy komputer zaczęto postrzegać jako system komputerowy, będący połączeniem dwóch koncepcyjnie połączonych części: sprzętu i oprogramowania. Pojawiło się pojęcie „architektury komputera”, kojarzone z funkcjonalnością systemu komputerowego, którą użytkownik musi znać, aby efektywnie wykorzystać system do rozwiązywania swoich problemów.
Architektura komputerowa to model ustalający zasady organizacji systemu komputerowego, skład, porządek i interakcję głównych części komputera, funkcjonalność, łatwość użycia, koszt i niezawodność.
Każdy komputer, w tym komputer PC, musi mieć minimalny zestaw bloków funkcjonalnych, aby mógł wykonywać swoje funkcje. Jest to blok do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych; blok do przechowywania informacji (pamięć) lub urządzenie przechowujące; urządzenia do wprowadzania danych początkowych i przesyłania wyników. Ponieważ wszystkie te urządzenia muszą synchronicznie wykonywać niezbędne działania, należy je kontrolować. Dlatego w strukturze każdego komputera konieczne jest również posiadanie urządzenia sterującego.
Wszystkie wymienione bloki, biorąc pod uwagę fakt, że w urządzeniu pamięci występują dwa poziomy (wewnętrzny i zewnętrzny), w pełni odpowiadają kompozycji klasycznej struktury von Neumanna komputera, która od wieków stanowi podstawę komputerów ponad pół wieku (ryc. 4.1).
Ryż. 4.1.
pogrubione strzałki – przekaz informacji; cienkie strzałki – transmisja sygnałów sterujących; ALU – blok do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych; Pamięć – urządzenie przechowujące; УУ – urządzenie sterujące; UVV – urządzenie do wprowadzania informacji; Niestety – urządzenie wyjściowe informacji
Struktura komputera określa zbiór elementów funkcjonalnych komputera i sposób ustanawiania połączeń między nimi. W nowoczesnych komputerach urządzenie do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych oraz urządzenie sterujące są połączone w centralny procesor. Zamiast ograniczonego zestawu urządzeń wejścia-wyjścia dostępnych w komputerach pierwszej generacji, nowoczesne maszyny dysponują dużym arsenałem urządzeń (różne napędy na dyskach magnetycznych, optycznych i magnetooptycznych, skanery, klawiatura, mysz, joystick, drukarki, plotery , plotery). Hierarchia urządzeń pamięci masowej jest reprezentowana przez jeszcze więcej poziomów.
Sprzęt komputerowy (sprzęt komputerowy ) – zespół środków technicznych wykorzystywanych w procesie działania komputera i współdziałających ze sobą.
Strukturalnie sprzęt współczesnego komputera, w tym komputera PC, składa się z dwóch głównych części: centralnej i peryferyjnej. Część środkowa zwykle obejmuje centralny procesor i pamięć główną, ponieważ na ich podstawie realizowana jest zasada kontroli programu.
procesor zapewnia realizację procedur przetwarzania danych oraz programową kontrolę tego procesu. Zawiera jednostkę arytmetyczno-logiczną, urządzenie sterujące i własne urządzenia pamięci (rejestry, pamięć podręczną).
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) – część procesora zapewniająca realizację procedur konwersji danych.
Urządzenie sterujące (CU) – część procesora zapewniająca kontrolę nad procesem przetwarzania danych.
Sterownik wybiera instrukcje z pamięci głównej, interpretuje typ instrukcji i uruchamia żądany obwód ALU.
Procesorowe urządzenia pamięci masowej – urządzenia umożliwiające przechowywanie danych.
Pamięć główna Komputer zawiera pamięć RAM i pamięć stałą.
BARAN - urządzenie zapewniające tymczasowe przechowywanie poleceń i danych podczas wykonywania programu.
Trwała pamięć – urządzenie zapewniające trwałe przechowywanie i możliwość odczytu informacji krytycznych dla pracy komputera.
Do których odnosi się główna pamięć i urządzenia pamięci masowej procesora wewnętrzny urządzenia pamięci masowej. Współpracują bezpośrednio z procesorem, mają wysoką wydajność i stosunkowo małą pojemność.
Wszystkie pozostałe urządzenia komputerowe należą do części peryferyjnej i nazywane są zewnętrzny Lub peryferyjny. Urządzenia zewnętrzne dzielą się na urządzenia wejścia/wyjścia i zewnętrzne urządzenia pamięci masowej.
Urządzenia wejścia/wyjścia zapewniają wprowadzanie danych początkowych i wyprowadzanie wyników z centralnych urządzeń komputerowych.
Zewnętrzne urządzenia pamięci masowej (VZU) mają dużą pojemność i stosunkowo niską prędkość. Należą do nich napędy dysków magnetycznych (MDD), napędy taśm magnetycznych (MTD), napędy dysków optycznych (ODD) i dyski z pamięcią flash.
Z jednego komputera można korzystać od jednego do kilkuset urządzeń zewnętrznych. Skład tych urządzeń z reguły jest zmienny i zależy od składu zadań rozwiązywanych na konkretnym komputerze. Dlatego zwyczajowo się mówi o konfiguracji komputera , rozumiejąc pod tym terminem specyficzny skład swoich urządzeń, biorąc pod uwagę ich cechy.
Przyjmuje się, że transfer informacji z urządzeń peryferyjnych do rdzenia komputera PC nazywa się operacja wejścia. Nazywa się przesyłanie informacji z rdzenia komputera PC do urządzeń peryferyjnych operacja wycofania.
Czasami urządzenia peryferyjne dzielą się na peryferia systemowe, bez których komputer nie może w pełni funkcjonować, oraz peryferia dodatkowe. Urządzenia peryferyjne systemu obejmują klawiaturę, monitor, dysk twardy i drukarkę. Do urządzeń dodatkowych zaliczają się różne urządzenia służące do wprowadzania i wyprowadzania informacji, urządzenia do komunikacji ze środowiskiem zewnętrznym oraz do przetwarzania informacji multimedialnych.
Struktura komputerów o wysokiej wydajności obejmuje Kanały we/wy – zespół urządzeń zapewniający wymianę danych pomiędzy centralnym procesorem, pamięcią RAM i urządzeniami wejścia/wyjścia.
Kanały mogą pracować równolegle z procesorem centralnym. Ich głównym celem jest usunięcie z centralnego procesora części funkcji zarządzania wymianą danych z urządzeniami zewnętrznymi.
O efektywności korzystania z komputera decyduje nie tylko skład i charakterystyka jego urządzeń, ale także sposób, w jaki organizują one wspólną pracę. Połączenie komponentów komputera odbywa się za pomocą interfejsy – zestaw ustandaryzowanego sprzętu i oprogramowania, który zapewnia wymianę informacji pomiędzy urządzeniami. Konstrukcja interfejsów opiera się na zastosowaniu jednolitych metod kodowania danych i standaryzacji elementów łączących. Obecność standardowych interfejsów pozwala ujednolicić przesyłanie informacji pomiędzy urządzeniami, niezależnie od ich funkcji.
Dla różnych klas komputerów stosowane są różne struktury. Komputery o dużej wydajności zwykle wykorzystują strukturę hierarchiczną z kilkoma poziomami interfejsów i kanałów wejścia-wyjścia. Najczęściej stosowaną strukturą w komputerze PC jest struktura szkieletu systemu, zwana strukturą szkieletową magistrala systemowa, czyli układ funkcjonalnie połączonych przewodów zapewniających transmisję danych, adresy danych i sygnały sterujące (rys. 4.2).
Nazywa się liczbą przewodów w magistrali systemowej przeznaczonych do transmisji danych szerokość busa. Szerokość magistrali określa liczbę bitów binarnych przesyłanych jednocześnie na magistralę. Liczba przewodów adresowych określa, ile pamięci RAM można zaadresować.
Platforma sprzętowa – zbiór środków technicznych określających środowisko działania określonych programów. Podstawą platformy sprzętowej jest połączenie płyty systemowej (płyty głównej) i rodzaju zastosowanego procesora.
Ryż. 4.2.
CPU – jednostka centralna; RAM – pamięć o dostępie swobodnym; ROM – pamięć tylko do odczytu; Kontroler – urządzenie służące do sterowania urządzeniem peryferyjnym
- Nazwany na cześć amerykańskiego naukowca J. von Neumanna (1903–1957), który w 1946 r. uzasadnił skład podstawowych urządzeń i zasady działania komputera.
Temat 1.1: Teoretyczne podstawy informatyki ekonomicznej
Temat 1.2: Techniczne środki przetwarzania informacji
Temat 1.3: Oprogramowanie systemowe
Temat 1.4: Oprogramowanie serwisowe i podstawy algorytmiki
Wprowadzenie do informatyki gospodarczej
1.2. Techniczne środki przetwarzania informacji
1.2.2. Architektura komputerowa
Architektura komputera obejmuje zarówno strukturę odzwierciedlającą skład komputera i oprogramowania, jak i wsparcie matematyczne. Struktura komputera to zbiór elementów i połączeń między nimi. Podstawową zasadą budowy wszystkich współczesnych komputerów jest sterowanie programowe.
Podstawy doktryny architektury komputerowej położył John von Neumann. Połączenie tych zasad dało początek klasycznej (von Neumanna) architekturze komputerowej.
Von Neumann nie tylko przedstawił podstawowe zasady budowy logicznej komputera, ale także zaproponował jego budowę, przedstawioną na rysunku 1.
Ryż. 1.
Przepisy von Neumanna:
- Komputer składa się z kilku głównych urządzeń (jednostka arytmetyczno-logiczna, jednostka sterująca, pamięć, pamięć zewnętrzna, urządzenia wejściowe i wyjściowe).
- Jednostka arytmetyczno-logiczna - wykonuje operacje logiczne i arytmetyczne niezbędne do przetwarzania informacji przechowywanych w pamięci.
- Urządzenie sterujące – zapewnia sterowanie i monitorowanie wszystkich urządzeń komputerowych (sygnały sterujące są oznaczone strzałkami przerywanymi).
- Dane przechowywane na urządzeniu pamięci masowej mają postać binarną.
- Program obsługujący komputer i dane są przechowywane na tym samym urządzeniu pamięci masowej.
- Urządzenia wejściowe i wyjściowe służą do wprowadzania i wysyłania informacji.
Jedna z najważniejszych zasad, zasada programu przechowywanego, wymaga, aby program był przechowywany w pamięci maszyny w taki sam sposób, w jaki przechowywane są w niej oryginalne informacje.
Jednostka arytmetyczno-logiczna i jednostka sterująca we współczesnych komputerach tworzą procesor komputera. Procesor składający się z jednego lub większej liczby dużych układów scalonych nazywany jest mikroprocesorem lub stosem mikroprocesorów.
Procesor to funkcjonalna część komputera, która wykonuje podstawowe operacje przetwarzania danych i sterowania pracą innych jednostek. Procesor jest konwerterem informacji pochodzących z pamięci i urządzeń zewnętrznych.
Urządzenia pamięci masowej umożliwiają przechowywanie danych początkowych i pośrednich, wyników obliczeń i programów. Należą do nich: pamięć o dostępie swobodnym (RAM), pamięć o dostępie dodatkowym (SRAM), pamięć tylko do odczytu (ROM) i pamięć zewnętrzna (VRAM).
Pamięci operacyjne przechowują informacje, z którymi komputer bezpośrednio pracuje w danym momencie (część rezydentna systemu operacyjnego, program użytkowy, przetwarzane dane). Pamięć RAM przechowuje najczęściej używane dane przez procesor. Tylko informacje przechowywane w pamięci SRAM i RAM są bezpośrednio dostępne dla procesora.
Zewnętrzne urządzenia pamięci masowej (dyski magnetyczne, takie jak dysk twardy lub dysk twardy) o pojemności znacznie większej niż pamięć RAM, ale o znacznie wolniejszym dostępie, służą do długotrwałego przechowywania dużych ilości informacji. Na przykład system operacyjny (OS) jest przechowywany na dysku twardym, ale podczas uruchamiania komputera rezydentna część systemu operacyjnego jest ładowana do pamięci RAM i pozostaje tam do zakończenia sesji komputera.
ROM (pamięć tylko do odczytu) i EPROM (reprogramowalna pamięć tylko do odczytu) służą do trwałego przechowywania informacji zapisanych w nich w momencie ich produkcji, na przykład EPROM dla BIOS-u.
Na przykład klawiatura służy jako urządzenie do wprowadzania informacji. Jako urządzenie wyjściowe - wyświetlacz, drukarka itp.
W komputerze zbudowanym według schematu von Neumanna instrukcje są sekwencyjnie odczytywane z pamięci i wykonywane. Numer (adres) kolejnej komórki pamięci, z której zostanie pobrane kolejne polecenie programu, wskazuje specjalne urządzenie - licznik poleceń w urządzeniu sterującym.
