Функциональная и структурная организация компьютера

Персональный компьютер (ПК) или персональная ЭВМ (ПЭВМ) — электронная вычислительная машина, с которой может работать пользователь, не являющийся профессиональным программистом.

Одним из основных достоинств ПЭВМ, явился принцип открытой архитектуры, заключающийся в том, что при проектировании ПЭВМ регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Это обеспечивает возможность сборки ПЭВМ из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Кроме того, такой компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных разъемов. Упрощенная блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты ПЭВМ в их взаимосвязи, изображена на рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема ПЭВМ

Конструктивно современный персональный компьютер состоит из трех основных компонентов:

• системного блока, в котором размещаются устройства обработки и хранения информации;

• дисплея — устройства отображения информации;

• клавиатуры — основного устройства ввода информации в ПК.

Для упрощения взаимодействия пользователя с ПК используют различные манипуляторы (мышь, трекбол, джойстик и др.).

Корпус системного блока может иметь горизонтальную (desktop) или вертикальную (tower - башня) компоновку. В системном блоке размещаются основные элементы компьютера, необходимые для выполнения программ:

• микропроцессор (МП), или центральный процессор (CPU от англ. Central Processing Unit) — основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера, в состав МП входят АЛУ, УУ и МПП – микропроцессорная память;

• память (внутренняя — системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая). ПЗУ (отангл. ROM, Random Only Memory – память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. ОЗУ (от англ. RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) предназначено для оперативной записи хранения и считывания информации (программ и данных) непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. В качестве устройств внешней памяти размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках, накопители на оптических дисках (НОД) и др;

• контроллеры (адаптеры) служат для подключения периферийных (внешних по отношению к процессору) устройств к шинам микропроцессора, обеспечивая совместимость их интерфейсов. Они осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора. Контроллеры реализуются, как правило, на отдельных печатных платах, часто называемых адаптерами устройств (от лат. adapto - преобразовываю);

• системная шина - основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает: шину данных (ШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинною слова) операнда, шину адреса (ША), состоящую из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства, шину управления (ШУ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки компьютера, и шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: между микропроцессором и внутренней (основной) памятью, между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств, между внутренней (основной) памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычисления), в том числе микропроцессор, оперативная память и шина, размещаются на системной (материнской) плате компьютера, на ней же располагается и контроллер клавиатуры. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами (ChipSets).

В системном блоке располагается также блок питания (БП), преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств компьютера, размещенных в системном блоке. Блок питания содержит вентилятор для охлаждения системного блока ПК. Кроме сетевого, в компьютере имеется также автономный источник питания — аккумулятор. К аккумулятору подключается таймер — внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер продолжает работать и при отключении компьютера от сети.

Важнейшую роль в работе ЭВМ играет контроллер прерывании

Прерывание — временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.