Информатика и компьютерная техника

Тема 2. Устройство компьютера и принципы его работы.

Компьютер является универсальной машиной для обработки информации. Кроме непосредственной обработки, компьютер также позволяет хранить информацию и обмениваться информацией с другими компьютерами.

 

Персональный компьютер представляет собой набор блоков (устройств), которые соединены между собой кабелями (рис.1). Количество блоков, входящих в состав компьютера может быть разной. Кроме того, блоки, имеющие одинаковое назначение, могут отличаться своими характеристиками. Перечень блоков (в большинстве случаев, вместе с их главными характеристиками) называется конфигурацией компьютера.Минимальный набор блоков, что необходимо для нормальной работы компьютера, называется минимальной конфигурацией компьютера.Минимальную конфигурацию компьютера составляют:

системный блок; монитор; клавиатура; мышь.

Кроме перечисленных устройств, в состав компьютера могут входить и другие, дополнительные, устройства (принтер, сканер, модем и т.д.).

Системный блок.

Системный блок является главным блоком компьютера, он, собственно, и есть компьютер. Именно в системном блоке находятся основные узлы компьютера для обработки и хранения информации.

Системный блок представляет собой прямоугольный ящик, в котором находятся:

- Микропроцессор;

- Системная, или материнская, плата;

- Блок питания;

- Накопитель на гибких магнитных дисках (один или два) (дискеты, дисковод, FDD);

- Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестер, HDD);

- Адаптеры;

- Накопитель на лазерном диске (CD-ROM);

Микропроцессор.

Основным узлом компьютера является процессор (рис.2). Назначение процессора - обработка данных и управления работой компьютера.Микропроцессор является исполнителем, который осуществляет обработку данных в соответствии с алгоритмами, содержащиеся в программах.Программа и данные представляют собой двоичные последовательности, и согласно принципу Дж. Фон Неймана, который еще называют принципом сохраняющей программы, хранятся в памяти компьютера. Кстати, именно Дж. Фон Нейман предложил использовать двоичную систему счисления для упрощения логических схем вычислительной машины.

Схематично работу микропроцессора можно представлять следующим образом: от двоичной последовательности, которая является программой и находится в оперативной памяти (см. Ниже), микропроцессор отрывает некоторую порцию нулей и единиц - считывает команду (инструкцию). В зависимости от команды, от двоичной последовательности, которая представляет собой последовательность данных, компьютер отрывает одну или несколько порций данных. После считывания данных микропроцессором, происходит их обработка. Суть обработки заключается в замене некоторых нулей на единицы и наоборот, в зависимости от инструкций, или формирование новой последовательности-порции на основе загруженных порций данных. Так или иначе, результатом обработки является опять порция нулей и единиц. После обработки, данные снова перемещаются в оперативную память.

Максимально возможная величина порции данных, которую отрывает микропроцессор для обработки, является одной из главных характеристик процессора и называется разрядностью. Разрядность процессора - это длина максимальной порции в битах. Она, вместе с другими характеристиками, микропроцессора определяет его производительность.В настоящее время, наиболее используемыми являются 64-разрядные микропроцессоры.

Другой важной характеристикой процессора является тактовая частота. Обработка порций данных микропроцессором осуществляется периодически. Скорость обработки и определяется тактовой частотой. Современные микропроцессоры имеют тактовую частоту 700 МГц (мегагерц) - 1 ГГц (гигагерц). Это значит, что в одну секунду осуществляется 700000000 - 1000000000 элементарных тактов работы процессора. Но нужно отметить, что обработка порции данных занимает не один, а десятки тактов. Кроме того, различные команды осуществляются за разное число тактов. Поэтому тактовая частота косвенно характеризует скорость работы процессора, а не напрямую.

Управление работой компьютера микропроцессором заключается в генерации им управляющих последовательностей (также порциями) на основе программы. Эти управляющие последовательности ссылаются не в оперативную память, а на вспомогательные узлы - адаптеры. Адаптер представляет собой плату, которая служит для управления работой периферийного устройства. Адаптеры, в зависимости от управляющих последовательностей, которые производит процессор, производят необходимые сигналы для управления устройствами. Так, адаптер, например, включает непосредственно двигатель накопителя на гибких дисках, но когда его включать или выключать - это указывает адаптера микропроцессор, посылая ему команду. Главная микросхема, управляющая работой адаптера называется контроллером.

Память.

Память компьютера разделяют на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память размещается на системной (материнской) плате, а внешняя - вне ее. К внешней памяти относятся накопители на гибких, жестких и оптических (лазерных) дисках. Эту память называют еще дисковой (рис.3). Конструктивно она, как и внутренняя память, находится в системном блоке.

 

Рис. 3. Дисковая память компьютера.

Всякая память (запоминающее устройство) характеризуется объемом, или размером. Объем памяти - это длина самой двоичной последовательности, которую можно в ней разместить. Поэтому единицы объема памяти является тем же, что и единицы длины сообщения (биты, байты, килобайты и т.д.).

Внутренняя память делится на постоянную, оперативную и полупостоянных. В постоянной памяти (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ, ROM - Read Only Memory) информация сохраняется, как видно из ее названия, постоянно, несмотря на то, включен компьютер или нет. Объем этой памяти невелик и она содержит лишь важнейшие программы, которые обеспечивают работу компьютера. Изменить содержание этой памяти ни пользователь, ни его программа не могут. С одной стороны, это не позволяет неквалифицированному.

Рис. 4. Микросхема постоянной памяти.

пользователю расстроить компьютер. С другой, - при значительной реорганизации компьютера, может оказаться, что программы в постоянной памяти устарели, - й ее нужно заменить. Постоянное запоминающее устройство представляет собой микросхему (рис.4).

Оперативная память (ОП, RAM - Random Access Memory) представляет собой несколько микросхем, в которых информация хранится только в сеансе. Как только компьютер выключают, вся информация из оперативной памяти исчезает. Объем оперативной памяти является значительным и на современных компьютерах, в среднем, составляет 128 Мбайт. В оперативную память можно записывать информацию и считывать. Назначение оперативной памяти - хранить данные, которые обрабатываются в настоящее время микропроцессором, а также программу, которая управляет обработкой. Память состоит из одинаковых ячеек. Размер каждой ячейки - 1 байт. Каждая ячейка имеет свой номер (адрес). Чтобы считать или записать информацию (представляет собой последовательность из 8-ми нулей и единиц) в ячейку, микропроцессор (или другие устройства) "называет" сначала адрес ячейки, а затем записывает или считывает с нее информацию.

Данные и программы хранятся во внешней памяти (на магнитных и лазерных дисках). Для выполнения программ и обработки данных, они зчитуюються в оперативную память, с которой они поступают на процессор и обрабатываются. Необходимость такой поэтапной обработки

Данные, программа ® Оперативная память «Процессор

обусловлена ​​тем, что считывание с диска и запись на диск является медленными процессами по сравнению с переносом данных между оперативной памятью и процессором, поскольку поиск информации на диске осуществляется с помощью механических устройств. Поэтому обмен данными между процессором и диском непосредственно очень сильно замедлил бы работу компьютера - процессору для считывания каждой порции данных (16 - 64 бита) и отправки их обратно нужно было бы обращаться к диску. Можно привести такую ​​транспортную аналогию: можно возить по 20 человек отдельным поездом из Хмельницкого в Киев на 30-минутную экскурсию по городу. А можно привести сразу 400, и разбить их на группы по 20 человек уже в Киеве. Понятно, что в первом случае затраты времени (и не только) несравнимо больше чем во втором.

Полупостоянных память (CMOS). В процессе эксплуатации компьютера, приходится заменять отдельные узлы. Параметры их, как правило, будут отличаться от тех, которые были установлены ранее. Это связано с тем, что фирмы, которые выпускают комплектующие, очень быстро переходят на выпуск новых, более совершенных, изделий. Поэтому для сохранения их параметров (длительное время) нужно иметь память, с одной стороны, была бы не такой открытой для записи и изменения информации в ней, как оперативная, и в то же время, позволяла, в случае необходимости, такие изменения делать. Для этой цели и используется полупостоянных память. Полупостоянных память питается от аккумулятора, который находится на системной плате. Размер ее, как и в постоянной памяти с.

Шина.

Шина - это группа электрических проводников, находящихся на системной плате для передачи данных и управляющих сигналов между процессором, оперативной памятью и адаптерами. К шине относят, кроме проводников, еще и электронные компоненты, которые обеспечивают обмен данными. Проводники шины разделяют на группы в зависимости от их назначения, в свою очередь, также называют шинами. Так, группа проводников, по которым передаются данные, называются шиной данных. Группа проводников, которые обеспечивают нахождение нужной ячейки в оперативной памяти или нужного узла (устройства) для обмена с ним данными, называется шиной адреса. Между оперативной памятью и другими узлами и микропроцессором обмен данными осуществляется с помощью шины данных. Куда пересылать данные - в оперативную память или на адаптер устройства, - регулируется с помощью управляющей шины.

Рис. 5. Слоты расширения.

Главными характеристиками шины частота работы й разрядность. Частота работы характеризует, сколько раз в секунду осуществляется перенос по шине. Частота современных шин составляет 133 МГц. Разрядность характеризует, сколько бит информации переносится по шине за один такт ее работы. Разрядность современных шин соответствует разрядности процессоров и составляет 64 бита.

На шине размещаются слоты расширения (рис.5). Их назначение - установление в них плат адаптеров (плат расширения).

Системная плата.

Системная или материнская, плата (MotherBoard) является той основой, к которой присоединены все основные компоненты системного блока: процессор, внутренняя память, шина со слотами расширения. Общий вид материнской платы приведена на рис.6.

 

Рис. 6. Системная плата.

Накопитель на гибких магнитных дисках.

Накопитель на гибких магнитных дисках (дискетах) является устройство, предназначенное для считывания и записи информации на дискеты (рис.7). В настоящее время используется только один вид дисков размером 3,5 дюйма, емкость которых равна 1440 Кбайт, последний часто обозначают как 1,44 Мбт, обычно неверно, но широко распространено.

Дискета представляет собой пластмассовый конверт, внутри которого находится диск со специальным магнитным покрытием. Диск имеет возможность вращаться внутри конверта. Для

Информация на дискете размещается по концентрических кругах, которые называются дорожками (рис.8). Дорожки расположены с двух сторон диска. На каждой стороне имеется по 80 дорожек. Совокупность Рис.7. Накопитель на гибких магнитных дисках.

дорожек, которые находятся одна под другой, называется цилиндром. Таким образом, на дискете цилиндр имеет две дорожки. Каждая дорожка делится в свою очередь на две равные части - сектора. Одна дорожка имеет 18 секторов. В целом же, количество секторов на стандартной дискете равна 2 · 80 · 18 = 2880. Емкость одного сектора составляет 512 байт, или ½ Кбайт. Отсюда суммарная емкость дискеты составляет 2880 · ½ = 1440 Кбайт.

Перед использованием новая дискета должна быть отформатирована (размечена). Это делается с помощью специальной программы. Суть форматирования заключается в разбивке ее на дорожки и секторы.

Рис.8. Размещение информации

на дискете.

Информацию на дискете можно защитить от неосторожного удаления или изменения. На конверте дискеты есть переключатель, с помощью которого можно установить режим запрета изменения информации на дискете (рис.9).

Чтение / запись информации на дискету осуществляется с помощью специальной магнитной головки (как и в магнитофоне). Головка может перемещаться в радиальном направлении вдоль поверхности диска, за счет чего она устанавливается на нужную дорожку. В процессе чтения / записи диск вращается, что позволяет осуществить запись / считывание нужного сектора. Двигатель электропривода вращает диск дискеты только при чтении или записи, - в остальное время он выключен.

При записи, в зависимости от того, записывается 0 или 1, создается магнитное поле, с вектором индукции, направленным в ту или иную сторону. С помощью магнитного поля намагничиваются

Рис.9. Защита дискеты от частицы ферромагнитного покрытия поверхности диска дискеты. Нап-

 записи рямкы их векторов намагничивания соответствуют направлениям вектора магнитной индукции. По-простому, частицы покрытия диска превращаются в маленькие магнитики. Намагничивания сохраняется длительное время, что обеспечивает сохранность информации.

В процессе считывания, намагниченные участки диска проносясь под головкой, создают в ней электродвижущую силу (напряжение) в соответствии с их намагниченностью.

При форматировании дискеты, кроме разметки ее на дорожки и сектора, создается логическая структура диска. Все сектора дискеты нумеруются и делятся на четыре группы (рис.10).

Первую группу составляет лишь один первый сектор, который называется загрузочным сектором. В этом секторе записывается программа, назначение которой - загрузка операционной системы, если последняя присутствует на данном диске. Диск, содержащий главные компоненты операционной системы, называется системным диском.

Вторая группа секторов отводится под таблицу размещения файлов (FAT - File Allocation Table). Файл - порция логически связанной информации, записанной на магнитный диск и которой присвоено имя. В большинстве случаев файл занимает более один сектор - цепочка секторов. Чтобы считать данные, относящиеся к некоторому файла, нужно считать их из соответствующих секторов, причем в правильной последовательности.

Рис.10. Логическая структура диска. Такие последовательности номеров секторов для каждого файла и записывается в FAT. Иными словами, FAT представляет собой миниатюрную карту диска, на которой замечаются заняты сектора и их взаимосвязь.

Третья группа секторов отводится под корневой каталог. В корневом каталоге хранятся имена записанных на диск файлов, даты и время их создания, а также номера первого сектора каждого из этих файлов. Все остальные сектора, в которых размещены файл, компьютер определяет с помощью FAT.

Четвертая, самая многочисленная группа составляет область данных. В этих секторах записываются файлы пользователя.

Все дисковые устройства компьютера имеют имена. Накопитель на гибких магнитных дисках имеет имя А :, если он один. Если накопителей на гибких магнитных дисках два, то их именами являются А :, В :.

Накопитель на жестких магнитных дисках (HDD).

Накопитель на жестких магнитных дисках (рис.11, рис.12) предназначен для долговременного хранения информации. Это устройство с неизменным носителем. На жестком диске хранят программы, которыми постоянно пользуются. Результаты работы программ (данные), как правило, сохраняют дополнительно на CD-ROM или на дискетах. Это гарантирует, в случае отказа винчестера, хранения данных. Емкость современных винчестеров составляет 20-40 Гбайт.

Рис.11. Винчестер вместе со шлейфом.

 

Рис.12. Винчестер со снятой верхней крышкой.

Накопитель на жестких магнитных дисках представляет собой несколько магнитных дисков, которые закреплены на одной оси. (Рис.13).

Хотя конструктивная схема винчестера схожа со схемой накопителя на гибких магнитных дисках, но ее реализация существенно иная. Каждую поверхность пластины обслуживает отдельная магнитная головка. Пакет дисков вращается непрерывно с большой скоростью, пока компьютер включен. Каждая головка плавает над поверхностью диска на расстоянии нескольких десятых микрона. Весь механизм закрыто герметичным корпусом, поскольку проникновение в корпус малейших пылинок вывело бы его из строя.

Физический диск часто разделяют на две части - логические диски. Это значит, что части цилиндров диска рассматривают как отдельные дисковые устройства. Причин такого разделения может быть несколько.

Рис.13. Схема размещения дисков и магнитных головок в винчестере.

Во-первых, пространство диска делят, когда компьютером пользуется несколько пользователей, с целью разделить их программы и данные.

Во-вторых, разбиение диска на меньшие части позволяет более экономно использовать его рабочую поверхность. Дело в том, что при записи ведется учет не секторов, а кластеров - групп из нескольких секторов. Если файл имеет малый размер, например, занимает один сектор, а кластер состоит из 8-и секторов, то остальные 7 секторов кластера уже нельзя будет использовать, - кластер будет считаться занятым. Количество секторов в кластере зависит от емкости диска - у малого диска количество секторов в кластере меньше.

В-третьих, часто на диск устанавливают несколько операционных систем. В этом случае для каждой операционной системы необходимо отвести свою часть дискового пространства.

В связи с такой организацией жесткого диска, на нем находится таблица разделов, в которой записывается, сколько цилиндров отводится под каждый логический диск. Логические диски имеют имена начиная с буквы С - C :, D: и т.д. Распределение цилиндров по логических дисках изображены на рис. 14. Желтая дуга изображает таблицу разделов. Всякий логический диск имеет такую ​​же структуру, как и дискета, то есть имеет таблицу размещения файлов, корневой каталог и т.д.

Рис.14. Разбивка физического диска на логические.

Накопитель на лазерных дисках.

Накопитель на лазерных дисках (CD-ROM) является устройством для считывания информации с лазерных (оптических) дисков в компьютер (рис.11[VV1]  ). Именно с помощью лазерных дисков распространяются современные программы, базы данных, энциклопедии и т.п. Стандартный диск имеет объем 650 Мбайт, что эквивалентно суммарному объему 460 дискет.

Рис. 11. CD-ROM.

Основой оптического диска является алюминиевый светоотражающий слой, который окружен с двух сторон защитным полимерным покрытием. Информация на оптическом диске записывается вдоль единой спиральной дорожки, которая делится на секторы одинаковой длины. Информация (в двоичном виде) кодируется с помощью углублений в алюминиевом слое. Луч лазера пробегая по поверхности диска, отражается от нее и, в зависимости от того, он отражается от ровной поверхности, или от границ между углублениями и поверхностью имеет разную интенсивность. Ровные участки углублений и поверхности алюминиевого слоя дают высокую интенсивность отраженного луча, соответствует 0, а границы между углублением и поверхностью дают низкую интенсивность, соответствующая 1.

В последнее время, компьютеры оборудуются вместо CD-ROM устройствами для записи на оптические диски - CD-WRITER-ами, в связи с их удешевлением. С помощью этих устройств можно не только осуществлять запись на специальные заготовки, но и считывать информацию, как на обычном CD-ROM. По внешнему виду CD-WRITER не отличается от CD-ROM.

Заготовки для записи бывают двух типов: CD-R и CD-RW. На заготовки типа CD-R можно осуществить запись только один раз, в то время, как заготовки типа CD-RW можно многократно перезаписывать.

CD-ROM, как и другие дисковые устройства, имеет имя. Как правило, им является буква (с двоеточием), которая следует за буквой имени последнего раздела жесткого диска.Так, например, если последний логический диск имеет имя Е :, то CD-ROM будет носить имя F :.

Видеоадаптер.

Видеоадаптер или видеокарта, предназначенный для управления выводом изображения на экран. Видеоадаптер вставляется в слот расширения на системной плате. На видеоадаптере находится гнездо для подключения монитора (рис.15).

Для того, чтобы изображение не исчезало с экрана монитора, его нужно постоянно обновлять, а следовательно где-то хранить. Для этого используется видеопамять, которая представляет собой либо часть оперативной памяти (в старых компьютерах), или специальную микросхему памяти на видеоадаптере. От видеоадаптера (и конечно, монитора) зависит качество изображения. Есть несколько стандартов на видеоадаптеры. Сегодня используется только стандарт SVGA, который позволяет отображать не менее 800х600 точек на экране с количеством цветов до 16 МПН.

Рис.15. Видеокарта.

Блок питания.

Блок преобразует переменное напряжение электрической сети (220 В) в постоянную (5 и 12 В) и стабилизирует последнюю. Блок вентилятор для своего охлаждения, который, по мере старения, становится все больше и больше источником шума. Следует отметить, что вентилятор в блоке питания предназначен для охлаждения блока питания, а не системного блока в целом. Если системный блок содержит много плат расширения, то необходимо устанавливать дополнительный вентилятор для охлаждения системного блока.

Рис.16. Блок питания.

Змiст

Тема 1. Основные понятия информатики.

Тема 2. Устройство компьютера и принципы его работы.

Тема 3. Периферийные устройства

Тема 4. Программное обеспечение

Тема 5. Операционная система Windows 95/98:

Тема 6. Операционная система Windows 95/98:

Тема 7. Операционная система Windows 95/98: Настройка

Тема 8. Стандартные программы Windows 95/98:

Тема 9. Стандартные программы Windows 95/98:

Тема 10. Редактор MS Word: Основы работы с редактором

Тема 11. Редактор MS Word: Форматирование документов

Тема 12. Редактор MS Word: Работа с таблицами.

Тема 13. Редактор MS Word: Дополнительные возможности

Тема 14. Электронные таблицы MS Excel: Основы работы

Тема 15. Электронные таблицы MS Excel: Работа с формулами Вот формул

Тема 16. Электронные таблицы MS Excel: Построение диаграмм. Географические карты

Тема 17. Электронные таблицы MS Excel: Сводные таблицы. Таблицы данных.

Тема 18. Электронные таблицы MS Excel:

Тема 19. Электронные таблицы MS Excel Средство Поиск развязку


Нові надходження

Всього підручників:

292