1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Інформатика
  3. Комп’ютер – універсальна технічна система обробки інформації

Комп’ютер – універсальна технічна система обробки інформації

Поява комп’ютерів повністю змінило всі існуючі до того прийоми і методи обробки інформації. Вперше людина знайшла технічний пристрій, який в тій же мірі автоматизировало і полегшило процеси обробки інформації, в якій в результаті технічних революцій полегшилися процеси обробки матеріальних об’єктів.
Архітектура персонального комп’ютера
З пристроєм комп’ютера ви в загальних рисах вже знайомі і готові до того, щоб обговорити архітектуру сучасного персонального комп’ютера (ПК), зображену на рис. 4.1. Нагадаємо, що архітектура – це найбільш загальні принципи побудови комп’ютера, що відображають програмне керування роботою і взаємодією його основних функціональних вузлів.

Якщо порівняти цю схему з класичною, зображеної на рис. 4.2 (архітектурою фон Неймана, або «неймановской» на ім’я автора), архітектурою ЕОМ перших поколінь, то видно наступні принципові відмінності:
– Замість процесора маємо центральний процесор;
– Замість одного пристрою введення інформації маємо групу пристроїв невизначеного складу (аналогічно і для пристроїв виводу);
– З’явилися нові елементи архітектури, такі як відеопам’ять, шина, контролер.

Для розуміння деяких особливостей архітектури ПК зазначимо таке. Основні пристрої комп’ютерів тих поколінь, які передували ПК, були реалізовані на якісно інших електронних елементах. Вся еволюція комп’ютерів йшла і йде під знаком мініатюризації електронних схем, що не просто сприяло зменшенню розмірів базових вузлів комп’ютера, але і призвело до величезного, в десятки тисяч разів, зростанню швидкодії процесора. Виникло істотне протиріччя між високою швидкістю обробки інформації всередині машини і повільною роботою пристроїв введення / виводу, в більшості своїй містять механічно рухомі частини. Необхідно було вирішити цю проблему, так як інакше процесор, який керував роботою зовнішніх пристроїв, значну частину часу був би змушений простоювати в очікуванні інформації «із зовнішнього світу», що істотно знижувало б ефективність роботи всього комп’ютера в цілому. Вченими та конструкторами був запропонований такий шлях: центральний процесор, який до цього здійснював всі функції з обміну даними між пристроями, звільняється від них, і ці функції передаються спеціальним електронним пристроям, так званим контролерам.
Призначення контролерів і шини
Контролер – це спеціалізований процесор, керуючий роботою ввіреного йому зовнішнього пристрою. Наприклад, контролер накопичувача на магнітних дисках (дисковода) «вміє» позиціонувати головку на потрібну доріжку диска, читати або записувати сектор, форматувати доріжку ит. п. І оскільки в системі з’явилося тепер кілька процесорів, головний з них для відмінності стали називати центральним.
Наявність контролерів істотно змінює процеси обміну інформацією всередині комп’ютера. Центральний процесор при необхідності провести обмін видає завдання на його здійснення контролеру. Подальший обмін інформацією може протікати під керівництвом контролера без участі центрального процесора, який отримує можливість виконувати програму далі. Якщо ж по даній задачі до завершення обміну нічого зробити не можна, то можна в цей час вирішувати іншу задачу.
З рис. 4.1 видно, що, на відміну від первісної архітектури, для зв’язку між окремими функціональними вузлами комп’ютера використовується спеціальний пристрій – шина.
Шина складається з трьох частин:
– Шини даних (для передачі даних);
– Шини адреси (для передачі адрес);
– Шини управління (для передачі керуючих сигналів).
Одна з переваг описаної схеми полягає в можливості легко підключати до комп’ютера нові пристрої. Це називається принципом відкритої архітектури. Для користувача відкрита архітектура означає можливість вільно вибирати склад зовнішніх пристроїв для свого комп’ютера залежно від кола вирішуваних завдань.
Види пам’яті
Пам’ять комп’ютера поділяється на внутрішню – оперативну і зовнішню – довготривалу. Основні відмінності внутрішньої і зовнішньої пам’яті полягають у наступному: внутрішня пам’ять енергозалежна і «швидка», зовнішня пам’ять енергонезалежна і порівняно «повільна».
Чим визначається швидкодія пам’яті? Часом доступу процесора до даних, що зберігаються в пристрої пам’яті. Інакше кажучи, тим, за який час процесор зчитує або записує в пам’ять фіксовану порцію даних, наприклад 1 байт. Час доступу найсучаснішого жорсткого диска (вінчестера) становить приблизно 10 мілісекунд. А сучасна оперативна пам’ять має часом доступу порядку 5 наносекунд, т. Е. Працює приблизно в мільйон разів швидше.
Конструктивно оперативна пам’ять (ОЗУ) персонального комп’ютера являє собою сукупність мікросхем (чипів), забезпечують зберігання програм і даних, оперативно оброблюваних комп’ютером.
Існують два основних типи пристроїв оперативної пам’яті: динамічна і статична пам’ять. Динамічна пам’ять найчастіше є основною пам’яттю, статична – додаткової. Динамічна пам’ять стоїть багато менше статичної (у розрахунку на одиницю збереженої інформації), але по швидкодії значно поступається сучасним микропроцессорам. Це означає, що внутріпроцессорние операції відбуваються значно швидше (у кілька разів), ніж обмін інформацією між процесором і пам’яттю. Оскільки при виконанні програми постійно йде обмін даними між процесором і оперативною пам’яттю, то низьке бистодействіе динамічної пам’яті гальмує весь процес.
Значить, додатково необхідна нехай менш ємна, але більш «швидка» пам’ять. Це статична пам’ять, яку ще називають кеш-па-мятью. У ній зберігаються дані, до яких виконується програма звертається найчастіше. Кеш-пам’ять працює практично з тією ж швидкістю, що і процесор. Використання кеш-пам’яті дозволяє значно збільшити продуктивність системи.
Існує ще один вид пристроїв пам’яті – постійне запам’ятовуючий пристрій (ПЗУ). ПЗУ – енергонезалежне пристрій, т. Е. Дані, що знаходяться в ньому, не залежать від того, чи включений комп’ютер. У динамічної та статичної пам’яті при зникненні енергоживлення дані практично миттєво зникають. У ПЗП зберігається програма запуску комп’ютера, яка називається BIOS (базова система вводу / виводу). BIOS починає працювати після включення живлення комп’ютера. Ця програма завантажує з диска операційну систему і далі в роботі комп’ютера не бере участь.
На рис. 4.1 також представлений ще один вид пам’яті – відеопам’ять, обслуговуюча пристрій візуального відображення виведеної інформації – монітор. Спочатку формується вміст відеопам’яті, а потім контролер монітора виводить зображення на екран.
Про носіях зовнішньої пам’яті вже розповідалося в §7.
Системна плата
Конструктивно згадані вище пристрої розташовані в персональному комп’ютері в системному блоці (в настільному варіанті ПК). Якщо зняти кришку системного блоку, то під нею ми виявимо кілька плат, що містять численні роз’єми і мікросхеми. Головна з них – системна плата, звана також материнською платою. Перерахуємо лише деякі компоненти системної плати (рис. 4.3):
– Гніздо для процесора;
– Базова система введення / виводу (ROM BIOS);
– Гнізда модулів оперативної пам’яті DRAM;
– Роз’єми шини;
– Мікросхеми системної логіки;
– Батарея.

Порти введення / виводу
Основні вузли для підключення до комп’ютера зовнішніх пристроїв – порти введення / виводу: послідовні і паралельні. До послідовних портів найчастіше підключаються пристрої, що обмінюються інформацією з комп’ютером (модем, інший комп’ютер і т. Д.). Термін «послідовний» використовується тому, що передача даних здійснюється по спеціальному кабелю, через який біти інформації передаються один за іншим.
До паралельним портам частіше підключаються ті пристрої, які лише отримують інформацію від комп’ютера (наприклад, принтер). Паралельний порт для передачі інформації використовує одночасно кілька ліній і відрізняється більшою пропускною здатністю. Крім підключення принтера паралельний порт використовується для з’єднання комп’ютерів і для інших цілей, коли необхідна висока швидкість передачі даних. У сучасних комп’ютерах використовуються двонаправлені паралельні порти, що дозволяють передавати інформацію в обидві сторони.
Сучасні види зовнішніх пристроїв
Сучасні зовнішні пристрої комп’ютера забезпечують введення і виведення різноманітної інформації: текстової, графічної, звукової. Для введення текстової інформації використовується, насамперед, клавіатура; для графічної інформації – сканер; для звукової – мікрофон і звукова плата.
Завдання введення керуючої інформації, регулюючої роботу комп’ютера, вирішується в основному маніпуляторами типу миша. Екран монітора і принтер дозволяють з рівним успіхом виводити текстову і графічну інформацію, а акустичні системи (колонки, навушники) – звукову.
Сучасний комп’ютер, будучи універсальним інструментом обробки інформації, здатний працювати зі звуком. При цьому звукова інформація – так само як і текстова, графічна – повинна бути представлена ​​в дискретній формі, інакше кажучи, оцифрована. Технічне пристрій, що дозволяє обробляти звукову інформацію, називається звуковою платою. Звукова плата має гнізда для під’єднання мікрофона і акустичної системи.
Можливість одночасної роботи різних пристроїв виводу дала можливість розвивати системи мультимедіа. У цих системах інтерактивну взаємодію комп’ютера з користувачем супроводжується одночасним відображенням декількох видів інформації (текстової, графічної та звукової). Ефективність таких систем при вирішенні ряду завдань (наприклад, навчання) вельми висока, що пояснюється особливостями людського сприйняття інформації одночасно кількома органами чуття.
мережеве обладнання
Додаткову і вельми важливу групу технічних засобів ПК становлять пристрої, які забезпечують підключення до мережі та роботу комп’ютерів в мережі. Частина цих пристроїв може розташовуватися на столі поряд з комп’ютером (наприклад, модем, що з’єднує комп’ютер з телефонною мережею); частина – на віддалі, поряд з сервером (наприклад, маршрутизатори, що виконують пересилку даних між двома мережами з можливо різними технологіями зв’язку).
Перспективні напрями розвитку комп’ютерів
Завершуючи обговорення особливостей внутрішньої структури сучасних персональних комп’ютерів, вкажемо кілька характерних тенденцій її розвитку. По-перше, постійно розширюється і вдосконалюється набір зовнішніх пристроїв. По-друге, комп’ютери перестають бути однопроцесорними – і не тільки завдяки наявності контролерів зовнішніх пристроїв. У комп’ютері можуть використовуватися додаткові спеціалізовані процесори для швидких математичних обчислень, відеопроцесори для прискорення виведення інформації на екран монітора та ін.
Слід знати, що крім персональних комп’ютерів на практиці існують і інші, багаторазово більш потужні обчислювальні системи. Без них було б неможливе вирішення ряду складних науково-техні-чеських і оборонних завдань, обробка величезних баз даних, підтримка великих комунікаційно-обчислювальних мереж (включаючи Інтернет). До комп’ютерів більш високого рівня, ніж ПК, відносяться:
– Потужні мікрокомп’ютери, що виконують спеціалізовані роботи високого професійного рівня (наприклад, проектноконструкторскіе (графічні));
– Сервери в глобальної комп’ютерної мережі, керуючі її роботою і, що зберігають величезні обсяги інформації;
– Багатопроцесорні системи паралельної обробки даних.

ПОДІЛИТИСЯ: