Персональные компьютеры класса IBM PC

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 г. Существенно им уступают по популярности ПК фирм Apple и DEC (Digital Equipment Corporation) и их аналоги, занимающие по распространенности 2-е место.

За рубежом самыми распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами типа Pentium.

Основные усредненные характеристики современных ПЭВМ IBM PC представлены в табл. 1.

В настоящее время многочисленные компьютерные фирмы в России занимаются сборкой из зарубежных компонентов в основном IBM-совместимых персональных компьютеров.

По поколениям персональные компьютеры делятся на:

 ПК 1-го поколения: используют 8-битные микропроцессоры;

ПК 2-го поколения: используют 16-битные микропроцессоры;

 ПК 3-го поколения: используют 32-битные микропроцессоры;

 ПК 4-го поколения: используют 64-битные микропроцессоры;

 ПК 5-го поколения: используют 128-битные микропроцессоры.

Таблица 1.

Основные усредненные характеристики современных ПЭВМ IBM PC

Характеристики

Pentium

Pentium II

Pentium III

Pentium IV

Тактовая частота, МГц

60-200

233-400

400-1000

4000

Разрядность, бит

32

32

32

64

Объем ОЗУ,

Мбайт

8, 16, 32, 64

8, 16, 32, 64, 128, 256

8, 16, 32, 64, 128, 256

32, 64, 128, 256, 512, 1024

Объем кэш-памяти, Кбайт

512, 1024

512, 1024, 2048

512, 1024, 2048

512, 1024, 2048

Емкость НМД, Мбайт

2000

10000

20000

160000

 

Функционально-структурная организация персонального компьютера

 Основные блоки персонального компьютера и их назначение

Персональный компьютер в своем составе содержит следующие основные элементы:

микропроцессор;

 системную шину;

 основную память;

 внешнюю память;

 порты ввода-вывода внешних устройств;

 адаптеры устройств;

 внешние устройства.

Структурная схема персонального компьютера представлена на рис. 2.

Рис. 2. Типовая структурная схема персонального компьютера

 

 Микропроцессор

Микропроцессор (МП) — центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

Устройство управления (УУ), обеспечивающее выполнение следующих функций:

 формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

 формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;

 формирует опорную последовательность импульсов, получаемую от генератора тактовых импульсов.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

Порт ввода-вывода (I/O port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины, или просто, такт работы машины.

Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина

Системная шина — основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

Системная шина включает в себя:

шину данных, содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

шину адреса, содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

шину команд, содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

шину питания, содержащую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

2.3.1.3. Основная память

Основная память (ОП) предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройств (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ (ROM — Read Only Memory) предназначено для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации позволяет оперативно только считывать информацию, хранящуюся в нем (изменить информацию в ПЗУ нельзя).

ОЗУ (RAM — Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка оперативной памяти следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Кроме основной памяти на системной плате ПК имеется и энергонезависимая память CMOS RAM (Complementary Metall-Oxide Semiconductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора; в ней хранится информация об аппаратной конфигурации ПК (обо всей аппаратуре, имеющейся в компьютере), которая проверяется при каждом включении системы.

 Внешняя память

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными из них, имеющимися практически на любом компьютере, являются показанные на структурной схеме (рис. 2.) накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей: хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации.

В качестве устройств внешней памяти часто используются также накопители на лазерных оптических дисках (CD-ROM — Compact Disk Read Only Memory) и реже — запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры).

Источник питания — блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК.

Таймер — внутримашинные электронные часы реального времени, обеспечивающие, при необходимости, автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

 Внешние устройства

Внешние устройства (ВУ) ПК — важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса, достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют до 80 — 85 % стоимости всего ПК.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ.

К внешним устройствам относятся:

внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

 диалоговые средства пользователя;

 устройства ввода информации;

 устройства вывода информации;

 средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи) и устройства речевого ввода-вывода информации.

Видеомонитор (дисплей) — устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстро развивающимся средствам мультимедиа.

Устройства речевого ввода — это различные микрофонные акустические системы, “звуковые мыши”, например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком звуки в виде букв, слов и цифр, идентифицировать их, закодировать в цифровой вид и выдать команду ПК.

Устройства речевого вывода — это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители (динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К устройствам ввода информации относятся:

клавиатура — устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

графические планшеты (дигитайзеры) — для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

сканеры (читающие автоматы) — для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;

устройства указания (графические манипуляторы) — для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК (джойстик — рычаг, “мышь”, трекбол — шар в оправе, световое перо и др.);

сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

К устройствам вывода информации относятся:

принтеры — печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель;

графопостроители (плоттеры) — для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, “стыки”, мультиплексоры передачи данных, модемы).

В частности, сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения ее к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В качестве сетевого адаптера подключения к удаленной ЭВМ через телефонную линию используется модулятор-демодулятор телефонного сигнала (модем).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе — средствам мультимедиа.

Мультимедиа (multimedia — многосредовостъ) средства — это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся:

устройства речевого ввода и вывода информации;

 микрофоны и видеокамеры;

 акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами;

 звуковые и видеоплаты, платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК;

 сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки);

 внешние запоминающие устройства большой емкости на лазерных оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

 

 Основные элементы конструкции ПК

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы — стыки подключаются внешние устройства: дополнительные блоки памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами — адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой — motherboard), в свою очередь, размещаются:

 микропроцессор;

 математический сопроцессор;

 генератор тактовых импульсов;

 модули (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

 микросхема CMOS-памяти;

 адаптеры клавиатуры, НМД и НГМД;

 порты ввода-вывода;

 контроллер прерываний;

 таймер и др.

Все они подсоединяются к материнской плате с помощью разъемов (слотов).