Тема: "Основные устройства ЭВМ, их функции и взаимосвязь в процессе работы. Магистрально - модульный принцип построения ПЭВМ."Цель урока: Объяснить учащимся общий принцип организации хранения информации в памяти ЭВМ и обмена информацией между устройствами компьютера, а также программный принцип работы ЭВМ.1. Внутренняя архитектура компьютера.Персональные компьютеры - это универсальные устройства для хранения, обработки и передачи информации. Архитектура ЭВМ— это общее описание структуры и функций ЭВМ. Архитектура не несет в себя описание деталей технического и физического устройств а компьютера. Основные компоненты архитектуры ЭВМ:процессор, внутренняя (основная) память, внешняя память, устройства ввода, устройства вывода. Самым массовым типом ЭВМ в наше время является персональный компьютер (ПК). ПК - это малогабаритная ЭВМ, предназначенная для индивидуальной работы пользователя, оснащенная удобным для пользователя (дружественным) программным обеспечением.Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры (в том числе самые распространенные в мире IBM PC и Apple Macintosh).Схема устройства компьютеров, построенных по магистральному принципу.^ Процессор Внутренняя память ^ Информационная магистраль (шина данных + адресная шина + шина управления) Монитор Дисковод Клавиатура Принтер Мышь Сканер Модем Периферийные устройстваПамять компьютераПамять ПК делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).ОЗУ—быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Это значит, что когда вы запускаете какую-либо компьютерную программу, находящуюся на диске, она копируется в оперативную память, после чего процессор начинает выполнять команды, изложенные в этой программе. Часть ОЗУ, называемая “видеопамять”, содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране. При отключении питания содержимое ОЗУ стирается. Быстродействие (скорость работы) компьютера напрямую зависит от величины его ОЗУ, которое в современных компьютерах может доходить до 4 Гбайт. В первых моделях компьютеров оперативная память составляла не более 1 Мбайт. Современные прикладные программы часто требуют для своего выполнения не менее 4 Мбайт ОЗУ; в противном случае они просто не запускаются.ОЗУ — это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость).ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере. В ПЗУ находятся:тестовые программы, проверяющие при каждом включении компьютера правильность работы его блоков; программы для управления основными периферийными устройствами —дисководом, монитором, клавиатурой; информация о том, где на диске расположена операционная система. Основная память состоит из регистров. Регистр — это устройство для временного запоминания информации в оцифрованной (двоичной) форме. Запоминающим элементом в регистре является триггер — устройство, которое может находиться в одном из двух состояний, одно из которых соответствует запоминанию двоичного нуля, другое — запоминанию двоичной единицы. Триггер представляет собой крошечный конденсатор-батарейку, которую можно заряжать множество раз. Если такой конденсатор заряжен — он как бы запомнил значение “1”, если заряд отсутствует — значение “О”. Регистр содержит несколько связанных друг с другом триггеров. Число триггеров в регистре называется разрядностью компьютера. Производительность компьютера напрямую связана с разрядностью, которая бывает равной 8, 16, 32 и 64.ПроцессорПроцессор— центральное устройство компьютера. Назначение процессора:управлять работой ЭВМ по заданной программе; выполнять операции обработки информации. Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Нередко название компьютера ассоциируется с типом процессора, например “Пентиум” (Pentium).Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Термин “большая” относится не к размерам, а к количеству электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Их число достигает нескольких миллионов. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Размер минимального элемента микропроцессора в 100 раз меньше диаметра человеческого волоса. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате, которое имеет форму квадрата с несколькими рядами отверстий по периметру.Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляются программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции, операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.Состав процессора:устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти. УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. (Функцию устройства управления можно сравнить с работой дирижера, управляющего оркестром. Своеобразной “партитурой” для УУ является программа.)АЛУ — вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы.Регистры — это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты, программы.Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота — количество операций, выполняемых им за 1 секунду (Гц). Процессор 8086, произведенный фирмой Intel для персональных компьютеров IBM, мог выполнять не более 10 млн. операций в секунду, т. е. его частота была равна 10 МГц. Тактовая частота процессора 80386 составляла уже 33 МГц, а современный процессор Pentium совершает в среднем 100 млн. операций в секунду.Кроме того, каждый конкретный процессор может работать не болев чем с определенным количеством оперативной памяти. Для процессора 8086 это количество составляло всего лишь 1 Мбайт, для процессора 80286 оно увеличилось до 16 Мбайт, а для Pentium составляет 1 Гбайт. Кстати, в компьютере, как правило, имеется гораздо меньший объем оперативной памяти, чем максимально возможный для его процессора.Процессор и основная память находятся на большой плате, которая называется материнской. Для подключения к ней различных дополнительных устройств (дисководов, манипуляторов типа мыши, принтеров и т. д.) служат специальные платы — контроллеры. Они вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате, а к их концу (порту), выходящему наружу компьютера, подключается дополнительное устройство. Примеры характеристик микропроцессоров:МП Intel-80386: адресное пространство -232 байта = 4 Гб, разрядность 32, тактовая частота - от 25 до 40 МГц МП Pentium: адресное пространство - 232 байта = 4 Гб, разрядность - 64Тб, тактовая частота - от 60 до 100 МГц. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль— это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства. В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок — контроллер (другое название — адаптер). Программное управление работой устройства производится через программу — драйвер. которая является компонентой операционной системы. Следовательно, для подключения нового периферийного устройствах компьютеру необходимо использовать соответствующий контроллер и установить в ОС подходящий драйвер.^ Основные периферийные устройстваПериферийные устройства — это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него. Они также называют внешними или устройствами ввода-вывода данных. Условно их можно разделить на основные, без которых работа компьютера практически невозможна, и прочие, которые подключаются при необходимости. К основным устройствам относятся клавиатура, монитор и дисковод.Клавиатура служит для ввода текстовой информации. Внутри нее имеется микросхема — шифратор, — которая преобразует сигнал от конкретной клавиши в соответствующий данному знаку двоичный код.^ Монитор (дисплей) в зависимости от конкретной программы работает в одном из двух режимов — текстовом или графическом. В текстовом режиме экран состоит из отдельных участков — знакомест. В каждое знакоместо может быть выведен один символ. В области видеопамяти в этот момент находятся данные, характеризующие каждое знакоместо, — цвет символа, цвет фона, яркость и т. д. В графическом режиме экран состоит из отдельных точек — пикселей. Данные в видео памяти характеризуют цвет конкретного пикселя — так создается изображение. Количество пикселей, из которых состоит экран монитора, называется разрешающей способностью монитора. Характеристики распространенных в настоящее время мониторов приведены в таблице: Монитор Текстовый режим Графический режим CGA 80х25, 16 цветов 640х200, 2 цвета; 20х200, 4 цвета EGA 80х25 16 цветов; 80х43, 16 цветов 640х350, 16 цветов VGA 80х25, 16 цветов; 80х50, 16 цветов 640х480, 16 цветов SVGA 80х50, 16 цветов 640х480, 256 цветов; 800х600, 16 цветов ^ Дисковод. ДискиДля сохранения информации ее записывают на специальные жесткие и гибкие магнитные диски. Запись основана на способности некоторых материалов, содержащих в своей основе железо, сохранять на кольцеобразные дорожки диска в виде двух по-разному намагниченных участков. Дорожки состоят из отдельных частей — секторов по 512 байт. Дорожки и сектора нумеруются.^ Накопитель на магнитных дисках (дисковод) состоит из мотора, служащего для вращения диска и специальной читающей и записывающей магнитной головки.Жесткий магнитный диск (винчестер) размещается внутри компьютера. Объем жесткого диска может составлять от 10 Мбайт до 1 Гбайта (и это не предел). Компьютер может иметь пакет (несколько) винчестеров.^ Гибкие магнитные диски (дискеты) бывают двух типов: 3-дюймовые (3,5" — 8 мм) и 5-дюймовые (5,25" — 133 мм). Тип определяется диаметром диска, находящегося внутри пластиковой коробки. Сама пластиковая коробка выполняет функцию защиты от внешних воздействий. Объем дискеты зависит от плотности записи на дорожке, которая бывает одинарной (SD — Single Density), двойной (DD — Double Density), четырехкратной (QD — Quadrupty Density) и высокой (HD — High Density), а также от количества рабочих сторон на дискете (односторонняя (Single Sided — SS и двухсторонняя (Double Sided — DS)). Максимальный объем дискеты обычно обозначен в ее маркировке. В следующей таблице приведены наиболее употребляемые в настоящее время типы дискет: 3-дюймовые 5-дюймовые Дискеты DS/DD DS/HD DS/DD DS/HD Объем 720 Кбайт 1,44Мбайт 360 Кбайт 1,2Мбайт Сразу после покупки дискету нельзя использовать. Сначала ее нужно отформатировать с помощью соответствующей компьютерной программы. ^ Форматирование (инициализация) — процесс нарезки дорожек на дискете, разбиение дорожек на сектора, проставление на них специальных меток. Любую дискету можно отформатировать на максимально возможный для нее объем или на любой меньший объем, предназначенный для данного типа дискет. Современные программы форматирования (например, FFOR-МАТ) позволяют разметить дискету на нестандартный объем (747 Кбайт, 1,49 Мбайт и т. п.). Для того чтобы компьютер затем мог работать с таким типом дискет, следует загрузить специальную программу поддержки (например, PU_1700). Форматировать можно и бывшую в работе дискету, при этом все данные на ней уничтожаются.В процессе эксплуатации на поверхности дисков могут появиться испорченные, так называемые сбойные участки. Информация, записанная на сбойный участок, не читается. Поэтому следует периодически проверять диски специальной программой типа NDD. Программа выявляет дефектные участки и помечает их таким образом, что при записи на диск эти участки автоматически пропускаются. Кроме того, программа может восстановить данные, попавшие на сбойный участок.^ Прочие периферийные устройстваПринтерВ отличие от основных периферийных устройств те устройства, которые мы назвали прочими, подключаются к компьютеру в зависимости от конкретных нужд пользователя.Принтер — устройство для вывода на бумагу текстов и графических изображений. В настоящее время используется несколько типов принтеров. ^ Матричный принтер. Принцип действия такого принтера основан на том, что печатающая головка, содержащая металлические иголки, движется вдоль печатаемой строки. Иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту — изображение формируется из отдельных точек. Красящая лента может быть намотанной на катушки (как в пишущей машинке) или уложенной в специальную коробку (картридж). Матричные принтеры — наиболее дешевые. Качество печати у них, как правило, невысокое. Скорость печати в среднем — 1 минута на страницу. Матричные принтеры — не цветные. ^ Струйный принтер. В принтерах этого типа мельчайшие капли краски выдуваются на бумагу через крошечные сопла. Эти принтеры обеспечивают достаточно высокое качество печати. Скорость печати в среднем — 1 минута на страницу. Существуют цветные и не цветные струйные принтеры. ^ Лазерный принтер. В таких принтерах частицы краски переносятся со специального красящего барабана на бумагу посредством электрического поля. Качество печати — высокое. Скорость печати в среднем — от 4 до 15 страниц за 1 минуту. Существуют цветные и не цветные лазерные принтеры. ^ Плоттер (графопостроитель) служит для печати на бумагу чертежей. Изображение создается двигающимся по листу пером с цветной тушью. Обычный плоттер может выводить чертеж на лист размером до А1 (841х594 мм). Но существуют большие плоттеры, выводящие изображение на лист с размерами до 3х3 м. Скорость печати для листа А1 средней наполненности — 1 час. Сканер предназначен для ввода в компьютер представленных в печатном виде текстовых и графических данных. Имея сканер, можно не утруждать себя, создавая рисунок с помощью графического редактора, а быстро набросать изображение от руки на листе бумаги и ввести в компьютер с помощью этого устройства. Аналогично можно ввести и рукописный текст, который при наличии программы распознавания будет автоматически преобразован в напечатанный вид. Сканеры бывают ручными (которыми проводят сверху по листу) и планшетными (лист кладется внутрь сканера). Стример — это устройство для резервного копирования данных винчестера на случай их возможной потери (вирус, поломка). Если использовать для этой цели дискеты, потребуется не только много дискет, но и много времени. Стример быстро записывает данные на магнитную ленту в специальной кассете. Новейшие разработки позволяют использовать для этой цели обычные видеокассеты. ^ Устройства управления курсором служат для быстрого перемещения курсора по экрану. Наиболее распространенным среди них является манипулятор типа “мышь” (или просто “мышь”). Внутри него имеется шар, который при движении мыши катится по поверхности и передает свое движение специальным роликам. Сигналы от роликов поступают в компьютер. Трекбол напоминает мышь, перевернутую вверх ногами. В движение приводят шар, закрепленный на роликах. Трекбол обычно используется в переносных компьютерах типа notebook. Джойстик представляет собой рукоятку с кнопками и применяется, как правило, для игр и тренажеров. Отдельные компьютеры могут связываться друг с другом посредством телефонной сети. Пользователь, подключивший свой компьютер в такую сеть, получает доступ практически к неограниченному объему информации. Компьютерные сигналы — это сигналы постоянного тока. Телефонная сеть их передавать не может. Для преобразования компьютерных сигналов в сигналы, способные передаваться по телефонной сети (иными словами, для их модуляции — преобразования в комбинацию звуковых сигналов различной частоты), применяется специальное устройство, называемое модем (сокращение слов модулятор—демодулятор). Мультимедийные компонентыПривод CD-ROM функционально аналогичен дисководу, но предназначен для чтения компакт-дисков.^ Компакт-диск (CD-ROM — Compact-Disk-Read-Only Memory), подобно дискете, служит для хранения различных данных и аудио видеоинформации, представленной в двоичном виде. Однако если на магнитных дисках двоичные числа представлены в виде двух по-разному намагниченных участков, то здесь использован другой принцип. Спиральная дорожка состоит из одинаковых по протяженности, но разных по высоте участков. Для создания такой формы (“вспучивания”) нужные участки дорожки “нагревают” лучом лазера. При чтении данных используется луч лазера меньшей мощности. Когда такой луч падает на “вспученный” участок, он отражается от его поверхности и попадает в светоприемник. На низкий участок луч не попадает, а следовательно, не отражается. Таким образом, сигналы в светоприемнике представлены как “ 1 ” — наличие сигнала и “О” — его отсутствие. Компакт-диски выполнены из алюминия или золота и залиты в пластик. На одном компакт-диске может быть записано до 640 Мбайт информации.Домашнее задание.Найти и выписать следующие термины: интерфейс программа микропроцессор контроллер (адаптер) электронная плата . системная магистраль (шина) Проверочная работаВыберите правильный ответ из предложенных.Информация о том, в каком месте на диске находится операционная система, расположена в регистрах ОЗУ; ПЗУ; АЛУ; УУ; регистрах процессора. Разрядность компьютера — это число регистров в компьютере; число регистров в триггере; число триггеров в компьютере; число триггеров в регистре. УУ является частью ОЗУ; ПЗУ; процессора; АЛУ; оперативной памяти. Логические операции над данными производит УУ; ПЗУ; оперативная память; АЛУ. Периферийные устройства подключаются к материнской плате через регистры; слоты; контроллеры; внешние устройства. С 4 Мбайтами памяти может работать процессор 8086; 80286; 80386. Тактовую частоту 100 МГц имеет процессор 80386SX; 80386DX; 486SX; 486DX; Pentium. К основным периферийным устройствам относятся: устройства управления курсором, клавиатура, монитор, дисковод; монитор, клавиатура, дисковод; дисковод, принтер, монитор; монитор, дисковод, принтер, клавиатура. 256 цветов в графическом режиме имеет монитор CGA; EGA; VGA; SVGA. Размер сектора диска составляет 128 байт; 256 байт; 512 байт; 1024 байт. 3-дюймовую дискету марки DS/DD можно отформатировать максимум на 360 Кбайт; 720 Кбайт; 1,2 Мбайт; 1,44 Мбайт. 3-дюймовую дискету марки DS/HD можно отформатировать максимум на 360 Кбайт; 720 Кбайт; 1,2 Мбайт; 1,44 Мбайт. Картридж с красящей лентой используется в струйном принтере; стримере; сканере; матричном принтере; графопостроителе. Наихудшее качество печати у струйного принтера; матричного принтера; лазерного принтера; графопостроителя. Для резервного копирования данных на винчестере предназначен сканер; модем; трекбол; плоттер; стример. На обычном компакт-диске можно записать данных максимум 460 Мбайт; 620 Мбайт; 640 Мбайт; 1064 Мбайт; 1024Мбайт.