В чем заключается принцип работы компьютера. Принцип работы компьютера. Компьютер для «чайников»: основные компоненты

Какие основные классы компьютеров Вам известны?

Существует два основных класса компьютеров:

Цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;

Аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические

величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами

вычисляемых величин.

В чём состоит принцип действия компьютеров?

Компьютер (англ. computer - вычислитель) представляет собой программируемоеэлектронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, атакже выполнять другие задачи манипулирования символами.

Из каких простейших элементов состоит программа?

Программа - состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Что такое система команд компьютера?

Команда - это описание элементарной операции, которую должен выполнитькомпьютер. В общем случае, команда содержит следующую информацию: код выполняемой операции; указания по определению операндов (или их адресов); указания по размещению получаемого результата.В зависимости от количества операндов, команды бывают: одноадресные; двухадресные; трехадресные; переменноадресные.

Перечислите главные устройства компьютера.

Память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек; процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико- логическое устройство (АЛУ); устройство ввода; устройство вывода.

Опишите функции памяти и функции процессора.

Функции памяти: приём информации из других устройств; запоминание информации; выдача информации по запросу в другие устройства машины. Функции процессора: обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера.

Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?

Первая часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а вторая его часть, выполняющая функции управленияустройствами, называется устройством управления (УУ).

Что такое регистры? Назовите некоторые важные регистры и опишите их функции.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемыхопераций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например: сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; счетчик команд - регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти; регистр команд - регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные - для хранения кодов адресов операндов.

Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.

В чём заключается принцип программного управления? Как выполняются команды условных и безусловных переходов?

В чём суть принципа однородности памяти? Какие возможности он открывает?

В чём заключается принцип адресности?

2.14. Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положеныследующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученымДжоном фон Нейманом.1. Принцип программного управления . Из него следует, что программа состоитиз набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другомв определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этотрегистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очереднойкоманды на длину команды.А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самыморганизуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-тодругой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносятв счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборкакоманд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, безвмешательства человека. 2. Принцип однородности памяти . Программы и данные хранятся в одной и той жепамяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число,текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и надданными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессесвоего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать всамой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуетсявыполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могутбыть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципеоснованы методы трансляции - перевода текста программы с языкапрограммирования высокого уровня на язык конкретной машины. 3. Принцип адресности . Структурно основная память состоит изперенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступналюбая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы кзапомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их впроцессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Дляних, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. онимогут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую командупрограммы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этимкомпьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

Что такое команда? Что описывает команда?

Каким образом процессор при выполнении программы осуществляет выбор очередной команды?

Что понимается под структурой компьютера? Какой уровень детализации описания компьютера может она обеспечить?

Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связеймежду ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основныхлогических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графическипредставляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описаниекомпьютера на любом уровне детализации.

Каковы отличительные особенности классической архитектуры?

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной, подробно рассмотренная в разделе. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

Перечислите основные и производные единицы измерения количества памяти.

Тактовая частота, Гигагерцы.

Опишите работу стримера.

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков - от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

Что такое IP-адрес?

IP (Internet Protocol) - протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Какие основные услуги предоставляет пользователям система WWW?

World Wide Web (WWW, "Всемирная паутина") - гипертекстовая, а точнее,гипермедийная информационная система поиска ресурсов Интернет и доступа к ним.Гипертекст - информационная структура, позволяющая устанавливать смысловыесвязи между элементами текста на экране компьютера таким образом, чтобы можно былолегко осуществлять переходы от одного элемента к другому. На практике в гипертекстенекоторые слова выделяют путем подчёркивания или окрашивания в другой цвет.Выделение слова говорит о наличии связи этого слова с некоторым документом, вкотором тема, связанная с выделенным словом, рассматривается более подробно. Гипермедиа - это то, что получится, если в определении гипертекста заменитьслово "текст" на "любые виды информации": звук, графику, видео. Такие гипермедийныессылки возможны, поскольку наряду с текстовой информацией можно связывать и любую другую двоичную информацию, например, закодированный звук или графику, Так, если программа отображает карту мира и если пользователь выбирает на этой карте с помощью мыши какой-либо континент, программа может тут же дать о нём графическую, звуковую и текстовую информацию.

Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare) компьютера?

(HardWare)- Составляет основу компьютеров, образует аппаратуру? построенную в основном с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состроит в выполнении программ (SoftWare)- заранее заданных операций. Т.е HardWare- это “железо” внутренности компьютера, а SoftWare- это программное обеспечение, которое заставляет все внутренности компьютера выполнять различные операции.

В основу построения и работы практически всех компьютеров заложены общие фундаментальные принципы, сформулированные выдающимся американским математиком Джоном фон Нейманом. Формальная логическая организация компьютера была впервые представлена им в "Предварительном докладе о машине EDVAC" в 1945 г. Вот основные из принципов общего устройства компьютера:

1. Компьютер должен состоять из следующих основных устройств:

Арифметико-логического устройства (АЛУ), выполняющего арифметические и логические операции над данными;

Центрального устройства управления (ЦУУ), которое организует процесс автоматического выполнения программ;

Оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) для хранения программ и данных;

Внешнего запоминающего устройства (ВЗУ);

Внешних устройств ввода–вывода информации (УВВ).

2. Компьютер должен быть не механическим, а электронным.

3. Компьютер должен оперировать с двоичными числами при параллельной организации вычислений.

4. Алгоритм представляется в форме последовательности управляющих слов , которые определяют смысл операции. Эти управляющие слова названы командами. Совокупность команд, представляющая алгоритм решения задачи, называется программой .

5. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Команды от данных отличаются месторасположением в памяти, но не способом кодирования.

Такая организация получила название классической архитектуры фон Неймана и приведена на рис. 10.

Кратко рассмотрим некоторые важные принципы работы компьютера.

В отношении ОЗУ заложен принцип произвольного или прямого доступа . Это значит, что ОЗУ состоит из множества пронумерованных ячеек, в которых может храниться закодированная в двоичном коде любая информация (цифровые данные, текст, графические изображения и т.д.). Любому устройству компьютера в любой произвольный момент времени доступна любая ячейка по ее адресу (номеру) для записи или чтения. Время доступа для всех ячеек одинаково, независимо от того, обращаемся ли мы к первой от начала или последней ячейке памяти. Оперативная память энергозависима. При отключении питания информация в ней не сохраняется.

Поскольку каждая команда в компьютере представляется в двоичном коде, программа при выполнении может храниться в его памяти как любая другая информация. В этом состоит принцип хранения программы компьютера в самом компьютере (аналогично мозгу человека).

Принцип программного управления компьютером реализуется следующим образом. При запуске программы на исполнение операционная система загружает ее в оперативную память и передает в программный счетчик устройства управления адрес первой машинной команды программы. Эта команда может быть любой (выполнение арифметической или логической операции, чтение из памяти данных, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство и т.д.). По заданному адресу устройство управления считывает команду в регистр команд (там она хранится во время выполнения) и организует ее выполнение. Код команды расшифровывается и обрабатывается АЛУ путем выработки устройством управления последовательности управляющих импульсов, воздействующих на АЛУ и другие устройства. Схемы АЛУ переключаются в соответствии с ними и выполняют то, что определено командой. Адресная часть команды заносится в регистры адреса, откуда передается на шину адресов для пересылки данных в соответствии с выполняемой командой. Устройство управления по коду команды определяет ее длину, и после выполнения первой команды к заданному первоначальному адресу прибавляет длину в байтах выполненной команды, получая новый адрес, после чего считывает из памяти по этому адресу следующую команду программы. Поэтому в ячейках памяти, следующих за расположением первой команды, должна находиться именно вторая команда, а не что-то другое. Затем устройство управления организует выполнение второй команды, определяет адрес следующей и т.д. Таким образом, устройство управления выполняет программу автоматически без вмешательства человека, заставляя бесконечно переключаться схемы АЛУ из одного состояния в другое. Вот почему, в отличие от расположения данных, которые адресуются в командах, программа должна располагаться в оперативной памяти непрерывным участком. Иначе устройство управления не найдет следующую команду для выполнения.

Устройство управления вырабатывает серии управляющих импульсов, реализуя еще один важнейший принцип, вытекающий из принципа программного управления фон Неймана и являющийся его развитием – принцип микропрограммного управления. Выполнение любой машинной операции, например, сложения, выливается в довольно емкую последовательность элементарных действий: сдвигов влево или вправо при выравнивании порядков чисел, проверок условий выравнивания порядков, анализа цепочек переносов из одного разряда в другой при сложении мантисс и т.д. Такая последовательность действий управляется сериями импульсов (микрооперациями) , вырабатываемых устройством управления и воздействующих на схемы АЛУ. Для выполнения каждой такой микрооперации оказывается возможным задать простейший набор импульсов (микрокоманду ). Совокупности таких микрокоманд образуют своего рода программы для выполнения той или иной команды процессора. Эти программы хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) процессора. Устройство управления, функции которого заключаются в том, чтобы считать очередную команду программы из памяти, расшифровать ее и подключить необходимые электронные схемы и цепи АЛУ для ее выполнения, после считывания команды, обращается к ПЗУ и вызывает необходимую программу из микроопераций, которая задает распределение серий импульсов по элементам АЛУ и другим устройствам, и выполняет команду процессора.

Таким образом, практически все команды машины реализуются путем выполнения определенного набора микропрограмм. Такой подход позволяет, во-первых, сравнительно легко расширять системы команд компьютера. Команды компьютеров становятся все более сложными и схемными методами распределения импульсов их уже не реализовать. Во-вторых, сравнительно просто решается задача совместимости компьютеров путем программирования команд других машин из имеющегося набора микрокоманд данной машины. Выполняется все это на фирме-изготовителе при создании процессора.

Порядок выполнения процессором последовательности команд может быть изменен, если в программе встречается команда условного или безусловного перехода на другой ее участок. В этом случае для устройства управления в самой команде перехода указывается адрес следующей команды, которую оно должно считывать для выполнения. Поскольку внешние устройства работают значительно медленнее, чем АЛУ и память, устройство управления может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода–вывода с внешним устройством, которая реализуется специальной машинной программой, состоящей из команд устройства.

Устройство управления совместно с операционной системой обеспечивает еще один из принципов работы компьютера – многозадачность – способ организации работы компьютера, при котором в его памяти одновременно находятся программы и данные для решения нескольких задач. Для этого имеются специальные аппаратно-программные средства диспетчеризации , в том числе системы прерываний и защиты памяти.

Суть прерываний заключается в следующем.Процессор выполняет программу, пока не возникает событие, требующее ее приостановления и выполнения других действий (например, ввод данных с клавиатуры или с диска, требование от системы диспетчеризации на выполнение другой программы, запрос от внутреннего таймера на обновление текущего времени и т.д.). Процессору выставляется запрос на прерывание, то есть подается специальная команда INT n, где n – номер прерывания. Процессор на некоторое время прекращает выполнение текущей программы и занимается обслуживанием прерывания. Так как любые действия процессор может выполнять только по программе, то и обслуживание прерывания он тоже осуществляет путем выполнения специальной программы – обработчика прерывания . Каждое событие или устройство, требующие внимания процессора, имеют свой номер прерывания и соответственно программу-обработчик. Данные из регистров процессора (адрес выполняемой команды, ее код и операнды, значения флагов и др.) перемещаются в специально организованный участок памяти – стек командами процессора PUSH регистр . В освободившиеся регистры процессора заносится первая команда программы-обработчика прерывания и процессор, не замечая, что это новая программа, выполняет уже ее. Заканчивается выполнение программы-обработчика прерывания несколькими командами процессора POP регистр , извлекающими из стека в его регистры запомненную там информацию, после чего по команде IRET процессор возвращается из прерывания и снова продолжает выполнять ранее прерванную программу.

Сама программа-обработчик тоже может быть прервана, как и любая другая программа, новым прерыванием, то есть прерывания могут многократно “накладываться” одно на другое. В этом случае чаще всего прерывания “маскируются” (на них накладывается маска – ставится специальный признак). Они не обслуживаются немедленно, а становятся в очередь и обрабатываются поочередно, одно за другим. Есть прерывания, которые не маскируются и не имеют на это права. Например, прерывание от источника питания должно немедленно обрабатываться вне всякой очереди.

Каждый номер прерывания имеет указатель адреса начала его программы-обработчика. Эти указатели называются векторами прерываний . Они состоят из 4-х байт каждый и хранятся в начале оперативной памяти. В байтах вектора прерывания и указывается адрес первой команды программы-обработчика этого прерывания.

Следует подчеркнуть, что большинство векторов прерываний содержат именно адреса программ-обработчиков. Вместе с тем некоторые адреса указывают не на программы-обработчики, а на специальные таблицы с информацией. Так, вектор 1Fh указывает на таблицу – знакогенератор, содержащую битовые комбинации (шаблоны символов), используемые ROM BIOS при выводе на экран монитора символов текста, а прерывания 41h и 46h указывают на таблицу с параметрами жесткого диска (винчестера). Такие вектора прерываний используются для удобства доступа к нужной информации, а не для выполнения программы-обработчика.

Прерывания программируются на любом языке программирования высокого уровня .

Управление прерываниями осуществляет специальная микросхема– контроллер прерываний.

Идея прерываний была выдвинута и реализована для взаимодействия процессора с внешним миром. Однако оказалось, что прерывания весьма полезны и для внутренней работы компьютера. Это привело к разработке трех типов прерываний, которые получили названия аппаратных, логических и программных . Между ними принципиальной разницы нет, но источники у них разные.

Источники аппаратных прерываний – аппаратные средства. Например, запрос на прерывание выставляется при падении напряжения источника питания, нажатии клавиши на клавиатуре, приходе очередного импульса от счетчика времени, возникновении специального сигнала от накопителей на гибких и жестких магнитных дисках и др. Каждому устройству на системной шине выделена специальная отдельная линия запроса прерывания (не путать с номером прерывания). Например, с номером 7-прерывание от параллельного порта LPT1 , с номером 1-прерывание от контроллера клавиатуры, с номером 3-прерывание от последовательных портов COM2 и COM4 и т.д. Всего, например, на системной шине ISA имеется 15 линий. Когда устройство хочет “пообщаться” с процессором, оно по своей линии запроса прерывания выдает сигнал контроллеру прерываний, а он формирует команду INT n и посылает ее процессору.

Логические прерывания формируются самим процессором, когда он встречает какое-либо необычное для него условие, например, деление на нуль, шаговый режим работы, переполнение регистров при выполнении арифметических операций и т.д. В многозадачных операционных системах типа Windows процессор может генерировать прерывание при обращении к странице памяти, которая в данный момент отсутствует в основной памяти (прерывание отсутствия).

Наиболее интересная и самая обширная категория – программные прерывания. Они вырабатываются, когда одна программа хочет получить определенный сервис со стороны другой программы. Обычно это запросы программ к операционной системе для получения какого-либо сервиса.

Прерывания с номерами 0 31 обслуживаются программами базовой системы ввода-вывода BIOS . Они называются прерываниями нижнего уровня . Эти прерывания управляют непосредственно аппаратными средствами компьютера и недоступны пользователю. Прерывания с номерами свыше 32 относятся к более высокому уровню, и их обслуживание возлагается на операционную систему.

Почти каждая процедура, обслуживающая прерывание с заданным номером, выполняет несколько различных операций. Поэтому программа-обработчик содержит несколько ссылок на вторичные программы прерывания (как бы подпрограммы). Иногда их называют функциями (службами) и внутри каждого прерывания различают по номеру, то есть каждой функции, как и прерыванию, присваивается свой номер. Так, например, прерывание с номером 10h (управление видеосистемой) включает в себя более 60 различных функций и подфункций для поддержания того или иного режима работы экрана (текстовый, графический, с определенным разрешением и количеством цветов и т.д.). Выполнение функций осуществляется так: в один из регистров (чаще всего АН ) процессора заносится номер функции и вызывается содержащее ее прерывание.

В Windows 9x (NT) программные прерывания как таковые отсутствуют, хотя сам принцип работы процессора остается неизменным. Процессор, в силу мультизадачности этих систем, постоянно работает в режиме прерываний (одновременно работает несколько программ, но процессор-то только один!). Такой режим работы обеспечивает метод диспетчеризации, предоставляющий операционной системе возможность захвата CPU в любой момент времени, независимо от состояния работающих в данный момент приложений. Это позволяет Windows время работы процессора предоставлять приложениям поочередно, с перерывами, которые из-за большого быстродействия процессора пользователь не замечает.

Приложения же получают любой сервис от Windows при помощи интерфейса прикладного программирования API Win32, который содержит более 2000 различных функций и макросов . Доступ ко всем функциям API Win 32 осуществляется по имени, а не по номерам, как к прерываниям. Например, для удаления файла вместо функций 41h или 7141h прерывания INT 21h MS-DOS, используется функция API WIN32 с именем DeleteFile(). Для поддержания всеми приложениями длинных имен файлов, введенных в Windows, фирма Microsoft расширила набор функций прерывания MS-DOS INT 21h , которые полностью эквивалентны функциям API WIN32 . Для того чтобы обратиться к любой функции, программист в тексте попросту использует ее имя. Так, для вызова функции MessageBox() в выполняемый файл при компоновке программы будет включена ссылка на точку входа номер 1 модуля User . Вызов приложением функции LineTo() будет заменен ссылкой на точку входа номер 19 модуля GDI (оба модуля являются ядром Windows). Во время загрузки программы в память Windows заменит эти ссылки адресами, по которым находятся указанные программы-функции. Любой модуль, предоставляющий подобные ссылки при компоновке, называется динамически компонуемой библиотекой (DLL ). Каждая DLL декларирует набор точек входа, которые соответствуют внешним ссылкам. Бóльшая часть Windows представляет собой совокупность DLL , которые используются для взаимодействия между различными компонентами.

Приложения MS-DOS, работающие под управлением Windows, по-прежнему используют прерывания, в частности 21h, включающее всевозможные функции, обеспечивающие услуги MS-DOS. Специальный модуль Windows преобразует эти прерывания в функции интерфейса API WIN32, которые фактически и выполняются.

Работа современных компьютеров без системы прерываний немыслима.

Защита памяти. Память адресуется сегментами и смещениями внутри сегмента. Возникновение сегментов связано с внутренней структурой процессоров фирмы Intel , в которых под адресацию памяти выделяются два регистра: в одном хранится адрес сегмента, а в другом – смещение внутри сегмента от его начала, например, 0040:0017. Сегментом является участок памяти. При 32-х разрядных регистрах процессора сегмент составляет около 4 Гбайт. Встроенный менеджер памяти за счет использования виртуальной памяти позволяет работать программам так, как будто имеется до 16536 сегментов доступных каждой задаче. В защищенном режиме работы процессора (основной режим работы современных процессоров) сегментный адрес является селектором (индексом-указателем) на дескриптор истинного адреса сег-

Мента (рис. 11). Дескрипторы группируются либо в частную для процесса локальную таблицу описателей (LDT ), либо в глобальную (GDT ), которая используется совместно с различными процессами .

Таблицы дескрипторов хранятся в ОЗУ, а информация об их местонахождении хранится в регистрах CPU специ-

Рис. 11 ального назначения. Каждый генерируемый CPU адрес включает селектор, который указывает, какую таблицу дескрипторов следует использовать и порядковый номер дескриптора в этой таблице. Позиции таблицы имеют длину в 8 байт. В каждой позиции хранится дескриптор – истинный адрес сегмента и его описание: пустой сегмент, хранит программу, хранит данные, используется только для чтения, уровень доступа к нему или привилегию.

От несанкционированного доступа к данным в многозадачном режиме защита осуществляется как раз с помощью системы привилегий, регламентирующих доступ к тому или иному сегменту памяти в зависимости от уровня его защищенности и степени важности. Уровни привилегии задаются номерами от 0 до 3. Наиболее защищенная область памяти, отводимая под ядро операционной системы, имеет уровень 0. При обращении программы к сегментам программ или данных в защищенном режиме работы процессора происходит проверка уровня привилегии и в случае, если этот уровень недостаточен, происходит прерывание.

В современных персональных компьютерах центральное устройство управления, АЛУ и ПЗУ процессора объединены в одной микросхеме, которая называется центральный микропроцессор (CPU ). Для краткости в дальнейшем будем называть его просто процессор. Ведущие мировые фирмы по производству микропроцессоров это, прежде всего, INTEL (INTegrated Elec-tronics), AMD (Advanced Micro Devices), CYRIX, Chips and Technologies и др.

Следует заметить, что обмен данными центральный процессор может осуществлять только с оперативной памятью. Любые другие устройства по отношению к процессору будут внешними. Поэтому данные для обработки с внешних устройств должны быть перемещены в оперативную память. Процесс перемещения с внешних устройств в ОЗУ данных и программ для выполнения, называется загрузкой. Почти во всех компьютерах имеется канал прямого доступа к памяти (DMA ) – аппаратный интерфейс, позволяющий устройству передавать информацию в оперативную память и получать ее из памяти без участия центрального процессора, но не все устройства могут его использовать. Поэтому процесс загрузки данных в память может отнимать время у процессора, который вынужден приостанавливать свою работу и осуществлять операции обмена данными.

Многие быстродействующие компьютеры выполняют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство из них в основных чертах соответствуют принципам, изложенным Джоном фон Нейманом.

Компоненты компьютера и их функции знают все современные школьники, внимательно прослушавшие курс информатики. Студенты, поступившие на технические специальности, связанные с ЭВМ, тоже прекрасно ориентируются в этой сфере. Но вот если в принципах работы современного компьютера хочет разобраться человек, в образовательной программе специфических сведений не получивший, придется поискать адекватные источники информации. Стоит признать, что некоторые авторы пишут словно бы для себя: используют множество неясных для далекого от этой области человека терминов. Понять, как устроен и работает персональный компьютер (ПК), несложно, надо просто ответственно отнестись к поставленной перед собой цели. Мир вычислительной техники действительно увлекателен!

О чем идет речь?

Прежде чем выяснять, каковы основы системного программного обеспечения, из чего состоит машина и как программировать с ее применением, сперва нужно разобраться, что за предмет оказался в фокусе внимания. Наименование его пришло к нам из английского языка. Компьютером в наши дни принято называть такую электронную машину, которую можно запрограммировать для накопления данных, обработки сведений и передачи знаний.

Самый главный, основной предмет, на котором построена ЭВМ - тактовый генератор. Именно он производит сигналы с заданными временными промежутками. Импульсы далее участвуют в рабочем процессе различных внутренних, внешних устройств ввода информации, ее обработки и вывода. Фактически процесс управления предполагает распределение сигналов таким образом, чтобы добиться поставленной перед человеком цели. Самостоятельно направлять все сигналы куда требуется нужды нет: это происходит в автоматическом режиме при наличии соответствующего программного управления. Правда, успешным будет результат только в условиях адекватного кода без ошибок.

Как это работает?

Ключевой аспект, который всегда разъясняют в рамках курсов компьютерных для начинающих: программный принцип - вот база для рабочего процесса. Речь идет о наличии в компьютерной памяти специализированной программы. Такая идея стала самой важной для архитектуры ЭВМ на текущий момент времени. На курсах (компьютерных) для начинающих обязательно расписывают основные тезисы принципа:

• вычислительная программа записывается в электронную память, где сохраняется, как и исходные значения;
• сформированные в программу последовательности команд закодированы числами и форматом не отличаются.

Основной постулат программного принципа работы компьютера

Общее описание компьютера всегда начинается с декларирования этого управленческого принципа, обусловленного наличием написанного заранее кода, который машина должна исполнить. Такая идея стала базой понимания универсальности ЭВМ: в конкретный временной промежуток решается такая задача, которая регламентирована актуализированной программой.

Как только результат получен, можно приступать к следующей программе, проводя вычисления по описанному в ней алгоритму. Такой подход предполагает применение программного обеспечения. Программный принцип работы компьютера декларирует обязательным наличие ПО для любого современного пользователя. Что любопытно, создающие код (конечно, не любой, но все же) люди тоже применяют программы, алгоритмы, которые являются ПО.

О терминологии

Как видно из наименования, базовым понятием для современного подхода к определению принципов работоспособности ЭВМ становится программа. Через нее происходит запись данных, вывод данных из памяти на внешнее устройство, любые другие операции - расчеты, построение изображения и так далее. Термином принято обозначать алгоритмическую запись, позволяющую получить решение сформулированной задачи последовательным исполнением операций. Программа формулируется применением операторов выбранного языка, доступного для ЭВМ. Главная задача любой современной программы - контроль за активностью аппаратных средств. Использование программ представляет собой первый признак программного принципа работы компьютера.

Как этим пользоваться?

Предположим, в рамках решения рабочей задачи человек нуждается в анализе работы предприятия, где он трудоустроен, и применительно к этому вопросу ему необходимо построить примеры компьютерных моделей. Программный принцип работы компьютера становится для него незаменимым инструментом в достижении задачи: не нужно ничего рисовать от руки и проводить объемные вычисления, необходимо лишь выбрать такую программу, которая в правильном режиме и установленном порядке активизирует аппаратные возможности машины, в конечном итоге выводящие на устройство передачи информации (монитор, принтер) результат.

С другой стороны, итоги корректными будут только в случае использования отлаженного ПО. Оно не должно требовать доработки, то есть пользователь лишь запускает продукт и пользуется понятными ему функциями, не имея специального образования, касающегося внутренней структуры ПО. Все, что ему требуется, - понимание порядка применения и знание общего описания компьютера. Программный принцип работы компьютера предусматривает наличие специализированной документации на все применяемое ПО.

Программное обеспечение

Этим термином принято характеризовать совокупность правил, процедурных наборов, программных компонентов, официальной сопроводительной документации, позволяющей обрабатывать данные и реализовывать заявленную функциональность системы.

Разбираясь, в чем суть программного принципа работы компьютера, важно учитывать, что ПО и аппаратная структура постоянно находятся в тесной взаимосвязи, функциональность одной определяется чёткостью работы другого. ПО, применяемое на современных ЭВМ, зависит от технических параметров и именуется программной конфигурацией.

Методологический подход

Программный принцип работы компьютера базируется на идеях, высказанных Бэббиджем, фон Нейманом. Принято говорить о трех ключевых компонентах:

• процессор;
• память;
• устройства, позволяющие выводить, вводить сведения.

Говоря о процессоре, принято подразделение на два устройства:

• управляющее;
• обеспечивающее логические, арифметические операции.

Система классификации

Принято разделение ЭВМ на несколько крупных категорий:

• большие;
• мини;
• микро;

Большие - мощные приборы, распространённые в крупных организациях, нередко работающие на благо отрасли народного хозяйства. Для обслуживания таких приборов необходимо несколько десятков профессионалов. Большие ЭВМ - базовый компонент формирования вычислительного центра. В такой огромной машине неспециалисту совершенно невозможно догадаться, какое устройство предназначено для обработки информации!

Мини - такие ЭВМ, которые имеют небольшие габариты, относительно низкую производительность, малую цену. Часто применяются компаниями, научными, исследовательскими, образовательными учреждениями. На них возложены функции контроля за производственными процессами. Микро - еще меньшие по габаритам ЭВМ, которые активно применяются не только на предприятиях, но в вычислительных центрах в качестве вспомогательного оборудования.

ПК

Пожалуй, именно эта категория техники и вызывает у широких масс такое любопытство относительно программных принципов работы компьютера. Термином принято обозначать технику, применяемую в рамках рабочего места, то есть предназначенную для одного человека. Нередко при помощи ПК делают более эффективным учебный, рабочий процесс, но этим функциональность не ограничивается. Международная стандартизация позволила ввести разбиение на группы. Выделяют следующие категории:

• массовые;
• офисные;
• мобильные;
• рабочие;
• игровые.

Зачем нужны?

В зависимости от более или менее широкой направленности на решение задач принято говорить о специализации ЭВМ. Существуют:

• универсальные;
• специализированные.

Первые предназначены для широкого спектра задач, вычислительные системы можно комплектовать по собственному желанию, подбирая оптимальные структурные элементы. Компьютер, полученный в результате, будет эффективен для рабочих процессов, редактирования текста или музыкальных файлов и так далее. Специализированные - это машины, созданные в расчете на определённую направленность работы. К таким принадлежат бортовые компьютеры, устанавливаемые в воздушных суднах, автомобилях. Исследуя такую машину, неопытный пользователь вряд ли сможет сразу разобраться, какое устройство предназначено для обработки информации! Многие из них отличаются обилием экранов, счетчиков, датчиков, огоньков - глаза просто разбегаются. Поэтому для применения на практике такого прибора сперва придется пройти специализированный курс освоения.

Данные: хранить и обрабатывать

Программный принцип работы компьютера заключается в исполнении заданных программ, что в результате продуцирует полезную информацию, применяемую пользователем для решения стоящих перед ним задач. Фактически ЭВМ - исполнитель заданного человеком набора шаблонных команд, называемых алгоритмом. Идеи конструирования основаны на булевой алгебре. Фактически в машину загружают в понятном для ЭВМ формате набор предписаний, позволяющих последовательно выполнить ограниченное количество действий, по итогам чего будет получен нужный человеку результат. Алгоритм характеризуется наименованием, начальной точкой, конечной.

Представление о том, в чем суть программного принципа работы компьютера, можно получить, если проанализировать основные характеристики алгоритма:

• дискретность (набор команд формируется заданными действиями, для которых декларирован порядок);
• детерминированность (каждое действие строго определено, не может иметь более одного смысла);
• конечность (действия по отдельности, алгоритм в целом обязательно имеют путь завершения);
• результативность (отсутствие ошибок, доказуемое получением результата за конечное количество итераций);
• массовость (применимость к большому числу однотипных задач, отличных разбросом исходных параметров).

Три принципа Неймана

Эти постулаты были воплощены в реальность в 1946-м, когда удалось построить первую ЭВМ в истории человечества. Принципы Неймана:

• программное управление;
• однородность памяти;
• адресность.

А если поподробнее?

Управленческий принцип предполагает наличие командного набора, последовательно исполняемого процессором в автоматическом режиме.

Однородность памяти предполагает накопление сведений в одном типе памяти, что позволяет исключить необходимость определения характера данных в заданной ячейке. И программы, и данные сохраняются вместе, что позволяет применять к ним одинаковые последовательности действий. Пользователь, умело пользуясь такой особенностью, получает широкие возможности. Скажем, запустив программу, можно работать над ней, выбирая правила получения частей.

Адресность гласит, что компьютерная память структурирована, сформирована ячейками, у каждой из них есть свой уникальный номер. Процессор в любой момент времени может потребовать информацию из произвольной ячейки, упорядоченная структура обеспечит максимально быстрый доступ к нужным сведениям. Разные области памяти могут быть поименованы по-разному, программы, записанные в них, просто ищутся, а накопление информации о структурированности позволяет упростить процедуру обращения. Кроме того, используя присвоенные имена, проще менять записанные сведения, исполняя выбранный программный набор действий.

Данные и программное представление

Любая информация может обрабатываться современными ЭВМ: графики, картинки, текст, звук. Обусловлено это возможностью конвертирования в такой формат, который понятен для аппаратного уровня. Процессор получает инструкцию, на основании которой производит операции. Решение задачи сопровождается последовательностью мероприятий, нередко включающей в себя неисчислимо много операций. Ее именуют программой.

ПО, которым располагает современный пользователь, появилось не одномоментно. Несколько десятилетий у передовых умов нашего мира ушло на разработку основных принципов построения программ, отладку оптимальных операций, позволяющих быстро и эффективно получать результат с минимальной загруженностью аппаратного обеспечения. ПО современного компьютера - совокупность таких программ.

ПО: особенности

Ни один обычный современный пользователь не сможет работать, если ЭВМ не оснащена системным ПО. Главный компонент этого комплекса - операционная система, признанная базовой составляющей ПО. Этот элемент необходим, его отсутствие делает невозможным работу компьютера в понимании обычного человека. Помимо ОС категория системного ПО включает в себя разнообразные обслуживающие проекты, сервисные программы. Некоторые из них занимаются дисками, другие сжимают данные, противостоят атакам вредоносных программ и так далее.

Чтобы можно было с применением ЭВМ решать поставленные перед пользователем задачи, необходимо располагать программным ПО. Такие проекты помогают формировать графическую информацию, рисунки, звуки, тексты, позволяют совершать операции с числовыми данными. Категория прикладного ПО подразделяется на:

• приложения;
• системы для программирования.

Прикладное ПО

Системы программирования необходимы профессионалам, работающим в сфере создания новых продуктов для ЭВМ. Разработано несколько языков программирования, наиболее широко распространено в настоящее время семейство для объектно-ориентированного программирования. Большой популярностью пользуются визуальные среды. Даже начинающий при применении таких продуктов может освоить базовые операции кодирования и составить собственный работоспособный продукт.

Приложения - это несколько иной тип прикладного ПО. Через него происходит обработка текстовых массивов, графической и звуковой информации, чисел и видео. Можно применять специализированные программы для сетевой работы. Использование продуктов не требует наличия навыков программирования. Общие приложения, позволяющие решать классические задачи, требуются практически любому пользователю. К числу таковых относят редакторы текста, графики, таблицы, системы, позволяющие централизованно управлять накапливающими данные базами. Не стоит упускать из вида и продукты, посредством которых можно создавать презентации. Компьютерные сети, активно развивающиеся в последнее время, существенно повысили важность программ для обеспечения коммуникации пользователей.

Какие еще бывают приложения?

Некоторые предлагают в отдельную группу выделять антивирусные программы, значимость которых из года в год растет из-за повышения распространённости вредоносного ПО. Заслуживают внимания профессиональные программные среды, применяемые квалицированными пользователями. Такие используются для создания анимации, графики, помогают разрабатывать проекты, производить сложные бухгалтерские расчеты, переводить тексты. Исключительно ценны для многих современных пользователей электронные словари.

Важная категория ПО - обучающие приложения, позволяющие повысить свой уровень в выбранной специализации без привлечения третьих лиц. Наиболее актуально это применительно к иностранным языкам. Спросом пользуют тесты, репетиторы, запрограммированные в электронном формате.

ОС: функциональность

ОС работает в тесном взаимодействии с аппаратурой ЭВМ, управляет техникой, передает команды пользователя в понятном для машины формате. Функциональность ОС:

• обмен данных между устройствами;
• хранение данных, обеспечение их доступности;
• организованность исполнения рабочих процессов;
• отчет об ошибках, адекватная реакция на аварию;
• контроль за работой оборудования;
• доступ к системным средствам;
• обеспечение взаимного диалога машины и пользователя.

Принципы работы и структура компьютера

Передача информации.

Обработка информации;

Хранение информации;

Сбор информации;

Компьютер оказывается незаменимым помощником в реализации всœех из указанных компонент информационных процессов.

Сбор информации

В простейшем случае компьютер позволяет автоматизировать процесс сбора информации. К примеру, при наличии компьютера нет крайне важно сти записывать в книгу учета сведения о лицах пришедших на прием к социальному работнику в течение дня. Эти сведения можно сразу вводить в базу данных, реализованную на компьютере, с целью последующей обработки.

В более сложных случаях компьютер позволяет реализовать полностью автоматический (без участия человека) сбор информации. К примеру, компьютер может периодически опрашивать один или несколько источников информации и считывать с них нужные сведения (это бывают, к примеру, несколько датчиков на телœе тяжелобольного человека, используемые для измерения температуры, давления и т.п.).

Хранение информации

Память – неотъемлемая компонента любого компьютера. Благодаря ее, компьютер обеспечивает надежное хранение больших объёмов информации. Учитывая зависимость отсвоего назначения информация в памяти компьютера соответствующим образом структурируется и организуется так, чтобы обеспечить простоту пополнения, изменения и поиска нужной информации.

Обработка информации

В терминœе КОМПЬЮТЕР (вычислитель) отражается лишь одна его возможность – способность производить вычисления. При этом, современные компьютеры с одинаковым успехом могут обрабатывать как числовую, так и, логическую, текстовую, аудио и видеоинформацию.

Компьютер может распознавать и воспроизводить человеческую речь, формировать и воспроизводить статические и динамические изображения, воспроизводить на экране различные видеофрагменты.

Важным видом обработки информации, с которым легко справляется компьютер, является поиск нужных данных в больших объёмах информации.

Передача информации

Специальные устройства позволяют компьютеру подключаться к внешним каналам связи и осуществлять обмен информацией с удаленными абонентами. В качестве таких абонентов могут выступать другие компьютеры, что позволяет интегрировать информационные и вычислительные мощности многих компьютеров, а пользователям – иметь доступ к ресурсам каждого из этих компьютеров. Так возникают компьютерные сети.

В основу работы компьютера положены следующие основные принципы.

Принцип программного управления

Данный принцип предложен в серединœе XIX века английским математиком Августой Адой Лавлейс.

Суть его состоит в следующем: функционирование компьютера происходит по заранее составленной и помещенной в его память программе.

Программа представляет собой последовательность команд , которые может выполнять компьютер.
Размещено на реф.рф
Каждая команда реализует определœенную элементарную операцию по обработке данных. К примеру, это могут операции выборки из памяти или записи в память данных, арифметические операции над данными (сложение, вычитание, умножение, делœение), операции сравнения данных и т.п.

Здесь и далее под термином данные будем понимать порции информации , связанной с решаемой на компьютере задачей, которые хранятся в его памяти в закодированном виде (в виде двоичных кодов, ᴛ.ᴇ. последовательностей из нулей и единиц).

Команда также представляет собой двоичный код, определяющий какую операцию и над какими данными крайне важно выполнить. Весь набор команд, которые может выполнять компьютер некоторого типа, принято называть его машинным (внутренним) языком или языком машинных команд.

Компьютеры разных типов имеют разные машинные языки и ʼʼпонимаютʼʼ только свой машинный язык. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, чтобы решить на компьютере любую задачу (вычислительную, обработки текста͵ графики и т.д.), нужно иметь программу на его машинном языке, определяющую, какие операции, над какими данными и в какой последовательности нужного выполнить, чтобы достигнуть требуемого результата.

Принцип произвольного доступа к ячейкам основной памяти

Этот принцип предложен в 1945году выдающимся математиком венгерского происхождения Джоном фон Нейманом и состоит по сути в том, что компьютеру в произвольный момент времени доступна любая ячейка его основной (оперативной) памяти, причем время доступа (время чтения или записи данного) одинаково для всœех ячеек.

Основная память компьютера разбита на минимально допустимые ячейки памяти, именуемые байтами. Байты памяти пронумерованы и для доступа к ним используются их порядковые номера – адреса байт. При этом общее число N байт памяти принято называть объёмом основной памяти.

Основная память

0001

0002 байты памяти с их номерами

Замечание. В общем случае ячейка памяти для хранения данного (в зависимости от его типа) может занимать не только один байт, но и несколько последовательных байт. Вместе с тем, у компьютера, помимо основной памяти, имеются еще и другие виды памяти (см. далее).

Принцип хранимой программы

Этот принцип также был предложен Джоном фон Нейманом. Он состоит в том, что программа решения задачи при ее выполнении также хранится в основной памяти наряду с обрабатываемыми данными.

Это означает, к примеру, что команды одной программы бывают результатом выполнения другой программы, ᴛ.ᴇ. очень трудоемкий процесс создания программ на языке машинных команд можно возложить на сам компьютер.

Основные принципы работы компьютера - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Основные принципы работы компьютера" 2017, 2018.

Компьютер представляет собой устройство, способное испол­нять четко определенную последовательность операций, предпи­санную программой.

Понятие «компьютер» является более широ­ким, чем понятие «электронно-вычислительная машина» (ЭВМ), поскольку в последнем акцент делается на вычисления. Персо­нальный компьютер (ПК) отличается тем, что им может пользоваться один человек, не прибегая к помощи бригады обслуживающегр персонала и не отводя под него специального зала с устройства для поддержания климата, мощной системой элек-тропитанйя и прочими атрибутами больших вычислительных ма­шин. Этот компьютер обычно ориентирован на интерактивное взаимодействие с одним пользователем (в играх иногда и с дву­мя), причем взаимодействие происходит через множество сред общения, от алфавитно-цифрового и графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мыши до устройств виртуальной реальности, в которой пока не задействованы, наверное, только запахи.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Моррисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них построено в со­ответствии с теми принципами, которые изложил в своем докла­де в 1945 Г.Джон фон Нейман:

Прежде всего компьютер должен иметь следующие устройства:

Арифметико-логическое устройство, выполняющее ариф­метические и логические операции;

Устройство управления, которое организует процесс вы­полнения программ;

Запоминающее устройство, или память для хранения про­грамм и данных;

Внешние устройства для ввода/вывода информации.

Память компьютера должна состоять из некоторого количест­ва пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находить­ся или обрабатываться данные либо инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть легко доступны для других уст­ройств компьютера.

Связи между устройствами компьютера представлены на рис. 1.1 (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные - информационные).

Рис. 2.1. Схема компьютера по Нейману

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Внача­ле с помощью какого-либо внешнего устройства в память ком­пьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логарифмичес­ких операций, чтение из памяти данных для выполнения арифме­тических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Как правило, после выполнения одной команды устройство уп­равления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы начи­ная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, ес­ли некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифме­тической операции получился нуль и та Это позволяет использо­вать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать цикл), выполнять различные последова­тельности команд в зависимости от выполнения определенных ус­ловий и т.д., т.е. создавать сложные программы.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструк­ции программы автоматически, без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние уст­ройства как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может при­останавливать выполнение программы до завершения операции ввода/вывода с внешним устройством. Все результаты выполнен­ной программы должны быть ею выведены на внешнее устройст­во компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Следует заметить, что схема устройства современных компью­теров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в одно устройство - центральный про­цессор. Кроме того, процесс выполнения программ может преры­ваться для неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера. Многие быстро­действующие компьютеры осуществляют параллельную обработ­ку данных на нескольких процессорах. Тем не менее большинст­во современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.

Персональные компьютеры, совместимые с IBM PC, де­лятся на несколько поколений (или классов) со следующими ха­рактерными особенностями:

IBM PC первой модели имел процессор Intel-8088, адресу­емую память 1 Мбайт, шину расширения ISA (8 бит), накопители на гибких дисках (НГМД) до 360 Кбайт.

IBM PC/XT (Extended Technology - расширенная техно­логия) - появились винчестеры - накопители на жестких дис­ках (НЖМД) и возможность установки математического сопро­цессора Intel-8087.

IBM PC/AT (Advanced Technology - прогрессивная или «продвинутая» технология): процессор Intel-80286/80287, адресуемая память 16 Мбайт, шина ISA 16 бит, НГМД 1,2 и 1,44 Мбайт, НЖМД.

B настрящее время класс машин AT развивается в нескольких направлениях: 16-разрядный процессор заменен на 32-разрядный (386 и старше), память адресуется в пространстве нескольких десятков Гбайт, применяются более эффективные шины расширения (EISА, VLB, PCI) с сохранением ISA 16 бит как дешевой щины для обеспечения совместимости со старыми адаптерами, расширяется состав устройств, имеющих системную поддержку на уровне BIOS.

Компьютеры IBM имеют открытую архитектуру и собираются из набора устройств, позволяющих комбинировать множество вариантов. В отличие от них компьютеры Macintosh фирмы Apple поставляются в хорошо закрытом корпусе и практически нет воз­можности что либо изменить в них.

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):

Системного блока;

Клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

Монитора (или дисплея) - для отображения текстовой иди графической информации.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - в «на­коленном » (лэптор), или «блокнотном» (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус.

Системный блок является в компьютере «главным». В нем распрлагаются все основные узлы компьютера:

Электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.

Блок питания, преобразующий электропитание сети в по­стоянный; ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

Накопители (или дисководы), используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты), CD, DVD;

Накопитель нз жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).

Дополнительные устройства: к системному блоку компьюте­ра IBM PC можно подключить различные устройства ввода/выво­да информации, расширяя тем самым его функциональные воз­можности. Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы).

Кроме монитора и клавиа­туры, такими устройствами являются:

Принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

Мышь - устройство, облегчающее ввод информации в ком­пьютер;

Джойстик -(для компьютерных игр).

Подключение этих устройств выполняется с помощью специаль­ных проводов (кабелей). Для защиты от ошибок разъемы для кабе­лей сделаны разными. Некоторые кабели (например, для соедине­ния монитора или принтера) закрепляются с помощью винтов.

Устройства могут вставляться внутрь системного блока ком­пьютера, например:

Модем - для обмена информацией с другими компьюте­рами через телефонную сеть;

Факс-модем - сочетает возможности модема и телефакса.

Некоторые устройства, например многие разновидности ска­неров, используют смешанный способ подключения: в систем­ный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройст­во подсоединяется к этой плате кабелем.

Логическое устройство компьютера – процессор , выполняющий все вычисления и обра­ботку информации. В компьютерах типа IBM PC используются процессоры фирмы Intel, а также совмести­мые с ними процессоры других фирм (AMD, Cyrix, IBM и др.).

В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений к основному процессору добавляют математический сопроцессор . Он помогает основному процессору производить математические операции над вещественными числами. Сейчас микропроцессоры фирмы Intel сами выполняют эти операции, так что для них сопроцессор не требуется.

Следующим очень важным элементом компьютера является оперативная память . Именно из нее про цессор и сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки; в нее они записывают полученные результаты. Назва ние «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиесяв ней данные сохраняются, только пока компьютер включен.

Для работы компьютера необходим обмен ин­формацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом/выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:

1. Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером . Некоторые контроллеры (например, контроллеры дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

2. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессо­ром и оперативной памятью через системную магистраль переда­чи данных, которую обычно называют шиной .

Для упрощения подключения устройств электронные схемы IBM PC состоят из нескольких модулей - эле­ктронных плат . На основной плате компьютера - системной (ма­теринской) обычно располагаются основной процессор, сопроцес­сор, оперативная память, шины. Схемы, управляющие некоторыми внешними и дополнительными устройствами компьютера (кон­троллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах, вставля­ющихся в унифицированные разъемы (слоты ) на материнской пла­те. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в ком­пьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим, надо вынуть соответствую­щую плату из разъема и вставить вместо нее другую.

Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода/вывода . Эти порты бывают следующих типов:

Параллельные (обозначаемые LPT1 - LPT4), к ним обыкно­венно подключаются принтеры;

Асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1 - COM3). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.;

Игровой порт - для подключения джойстика. Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большого числа проводов в кабеле).

Комплектующие элементы IBM продаются в виде отдельных ус­тройств. Преимущество такой поставки заключается в возможнос­ти создавать конфигурацию системы в соответствии со своими по­требностями. Обычно предпочтительными оказываются варианты конфигурации, обеспечивающие большую гибкость системы.

Наиболее важные компоненты и параметры, определяющие до­стоинства системы IBM . К ним относятся следующие компоненты:

Микропроцессор (процессор);

Тактовая частота;

Объем памяти и скорость обращения к ней;

Объем памяти жесткого диска и скорость записи/счи­тывания

Быстродействие является самым существенным параметром при использовании компьютера в «медленных» процессах, к которым относится издательская обработка текста. Такие операции, как «выключка» строк, размещение текста на странице, осуществ­ление режима для совместного представления текста и графиче­ских изображений, требуют значительных затрат времени даже в лучших современных машинах.

Соответствующая организация управления работой процессора позволяет решать сразу несколько задач или обслуживать несколь­ко пользователей. Распределение времени и ресурсов процессора между пользователями осуществляет операционная система.