Лекция 10. Техническое устройство компьютера

Память компьютера – последовательность физических устройств, куда можно записывать или считывать набор битов, каждый из которых хранится в нужном разряде.

Команды, как и числа, размещаются (в битовом изображении) в специальных электронных устройствах – так называемых регистрах.

Регистр – электронное устройство, как и ячейка памяти, запоминающее и хранящее (временно) последовательность битов определенной длины. Регистры реализуются более дорогими и чувствительными физическими устройствами и поэтому, по сравнению с основной памятью компьютера, регистровая память или так называемая кэш-память – невелика.

Пример. Для компьютера с памятью 512 мегабайт основной памяти может быть характерна регистровая память в 64 килобайта.

Каждой команде ставится в соответствие операция, производится расшифровка кода этой операции, затем извлекаются операнды или числа, над которыми необходимо выполнить операцию. Далее выполняется операция с этими операндами, и результат операции помещается в соответствующую ячейку памяти.

Кроме оперативной памяти, компьютер имеет внешнюю память (ВЗУ) с большой емкостью, но с большим временем записи или считывания информации. Внешняя память реализуется с помощью внешних носителей информации: магнитных или оптических дисков.

Джон фон Нейман предложил ряд принципов, которые легли в основу фон Неймановской или классической архитектуры компьютера:

1. память состоит из однородных ячеек памяти с адресами;
2. программа состоит из последовательных команд;
3. хранение программы и обрабатываемых ею данных – одинаковое, в битовом виде;
4. команды выполняются последовательно, данные извлекаются в соответствии с командами;
5. процессор – один и имеет централизованное управление и доступ к памяти.

Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры приведена на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические, логические операции.

Пример. Команды АЛУ – просты: "сравнить два числа", "переслать число", "взять дизъюнкцию" и др.

Устройство управления (УУ) организует работу ЭВМ, в частности это устройство извлекает очередную команду из памяти, расшифровывает команду, выбирает из памяти операнды к расшифрованной команде и передает их АЛУ для выполнения расшифрованной операции, а после выполнения пересылает результат для хранения в память. При этом УУ реагирует на нормальный или аварийный ход выполнения операции.

Совокупность АЛУ и УУ, информационно-управляющих линий называется процессором компьютера (его структура приведена на рис. 10.3; жирная линия – информационное взаимодействие, другая – управляющее).

Рис. 10.3. Структура процессора

Обмен информацией с компьютером осуществляется устройствами ввода и устройствами вывода.

Пример. Устройствами ввода являются, например, клавиатура, мышь. Устройствами вывода — дисплей, принтер, плоттер.

Распространенный тип компьютера – персональный компьютер. Персональный компьютер отвечает требованиям малой стоимости, малых размеров, малого энергопотребления, высокой надежности, высокого уровня интеграции компонентов, адаптируемости к разнообразным применениям и др.

Ядро персонального компьютера – системная (материнская плата), на которой размещаются: микропроцессор, микропроцессорная память, интерфейсная система микропроцессора для сопряжения и связи с другими устройствами, генератор тактовых импульсов, контроллеры устройств (схем), интегрированных в материнскую плату, микросхемы ОЗУ и ПЗУ и др.

Другими важными устройствами персонального компьютера являются:

1. дисковод гибких магнитных дисков; дисковод жестких магнитных дисков;
2. CD-ROM (устройство только для чтения компакт-дисков) или CD-RW (чтение и перезапись);
3. монитор (дисплей);
4. видеокарта (видеоадаптер) для обеспечения связи системного блока и монитора;
5. клавиатура;
6. принтер;
7. сканер;
8. плоттер (графопостроитель);
9. дигитайзер (кодирующий планшет);
10. манипулятор-мышь или манимулятор-трекбол;
11. звуковая карта (адаптер);
12. звуковые колонки;
13. модем и другие устройства.

Классификацию компьютеров проводят по быстродействию, технологии использования и др. Дадим обобщенную и поэтому нечеткую и перекрывающуюся классификацию.

1. Суперкомпьютеры – наиболее мощные компьютеры в мире, используемые для решения очень сложных и очень больших задач (исследования космоса, ядерной физики, геологии и др.).
2. Компьютеры универсального назначения, используемые для решения сложных и больших задач.
3. Персональные компьютеры, используемые в индивидуальном порядке для решения как несложных и небольших, так и сложных, больших задач.

Пример. Супервычислительный центр может быть создан для решения государственных проблем, например обороны, изучения космоса, прогноза погоды, макроэкономического прогнозирования и др. В этом центре могут использоваться как персональные компьютеры на рабочих местах сотрудников, так и компьютеры общего, универсального назначения для решения менее сложных, например вспомогательных проблем.

При работе на компьютере необходимо следовать определенным и простым санитарно-гигиеническим правилам, так как компьютер имеет вредно влияющие на здоровье человека факторы: излучения (инфракрасное, рентгеновское, электромагнитное); вибрация и шум; электростатические поля; ультразвук строчной частоты монитора и др.

Необходимо соблюдать простые санитарно-гигиенические и эргономические правила работы на компьютере, в компьютерном зале:

• работа с компьютером не более 4-х часов подряд с 10-минутными перерывами после каждого часа интенсивной работы или после 2-х часов менее интенсивной работы;
• расстояние от глаз до поверхности экрана – не менее 0,6 м;
• перемещаемость клавиатуры относительно экрана в пределах 0,5-1,0 м;
• преимущественно желтый, зеленый, серый или светло-голубой фон дисплея;
• температура воздуха в помещении – 15-25 градусов по Цельсию;
• относительная влажность помещения – 45-75%;
• наличие свободной площади рабочего стола не менее 0,3x1,0 м;
• размер экрана по диагонали – не меньше 17 дюймов;
• разрешение экрана – не менее 800x600;
• частота обновления кадра – не менее 70 Гц;
• размер зерна экрана (расстояние между точками на экране) – не более 0,26;
• частота кадров (мерцание экрана) – не менее 75 Гц;

Минимальный объем знаний, который необходим для решения профессиональных задач и приобщения к знаниям, накопленным с помощью компьютера и различных информационных систем и сетей, а также для решения различных бытовых задач с помощью компьютера, называют компьютеpной гpамотностью.