Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2015 в 06:25, курсовая работа
Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера и ее функций. Основными задачами данной курсовой являются рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.
Введение……………………………………………..…….2
Архитектура современного ПК…………………………..3
Заключение……………………………………………….17
Практическая часть………………………………………18
Список использованной литературы……………………25
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО
Всероссийский заочный финансово-экономический институт Кафедра автоматизированной обработки экономической информации
Курсовая работа
по дисциплине: «Информатика»
на тему «Архитектура современного ПК».
Выполнила:
Специальность - БУА и А
Проверил:
Курск -2009
Создание персонального компьютера (ПК) можно отнести к одному из самых значительных изобретений 20 века. ПК существенно изменил роль и значение вычислительной техники в жизни человека.
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Определение «персональный» возникло потому, что человек получил возможность общаться с ЭВМ самостоятельно (персонально) без посредничества профессионала- программиста.
Персональные компьютеры используются сейчас повсеместно. Их основное назначение- выполнение рутинной работы: поиск информации, составление типовых форм документации, фиксация результатов исследования, подготовка текстов разного рода от простейших документов до издательской верстки и пр.
Общедоступность и универсальность персонального компьютера обеспечивается за счет наличия следующих характеристик:
·«дружественность» интерфейса взаимодействия человека с компьютером, что позволяет работать на нем без специальной подготовки в компьютерной области;
·малая стоимость; ·небольшие габариты и отсутствие специальных требований к условиям окружающей среды; ·открытость архитектуры;
·большое количество программных средств для различных областей применения; ·совместимость на программном и физическом уровне новых версий и моделей; ·высокая надежность работы.
Цель данной курсовой – изучение архитектуры современного персонального компьютера и ее функций. Основными задачами данной курсовой являются рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначения, функционирования во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающих эффективную работу ПК.
АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННОГО ПК.
Структура ПК.
В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:
1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).
2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).
3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных ячеек).
ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана).
Основное внимание при изучении архитектуры ПК уделяется структуре и функциональным возможностям машины.
Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью аппаратных и программных средств.
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд. Команда – это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы - сотни миллионов операций в секунду.
Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Рис.1. Структурная организация ПК
ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ПК И ИХ ЗНАЧЕНИЕ.
Микропроцессор (МП).
Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. В состав микропроцессора входят:
·Устройство управления (УУ) - 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; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.
·Арифметико - логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
·Микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);
·Интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface)- совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.
·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.
·Внутримашинный системный интерфейс - система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой - представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса.
1. Многосвязный интерфейс: каждый
блок ПК связан с прочими
блоками своими локальными
2.Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.
В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина.
Системная шина.
Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает в себя:
кодовую шину данных (КШД), кодовую шину адреса (КША), кодовую шину инструкций (КШИ), шину питания.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
- между микропроцессором и
- между микропроцессором и
- между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).
Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-,16,32- и 64- разрядные) и тактовой частоты , на которой шина работает .
В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:
·шины расширений - шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;
·локальные шины, специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса.
Интерфейс IDE.
Термин IDE (Integrated Drive Electronics) означает, что контроллер управления жестким диском встроен в сам диск в виде платы. Жесткие диски и интерфейс IDE - это альтернатива профессиональному интерфейсу SCSI (Small Computer System Interface), но IDE обеспечивает достаточно высокую скорость работы и большой объем жестких дисков.
Шина SMBus.
Универсальная Последовательная Шина (Universal Serial Bus USB) – последовательный интерфейс. Она была разработана для мониторинга за состоянием компьютера (величина напряжений, температура и т.п.), а также для работы с внешними устройствами, такими, как принтеры, сканеры, мышки, клавиатуру, модемы т.п.
Кэш-память.
Кэш-память, находящаяся в самом ядре процессора (во всех современных процессорах) - это самая быстрая память, в которую помещается информация, которая необходима процессору.
Рис.2. Иерархия памяти.
Рисунок выше помогает представить принцип взаимодействия процессора, кэш-памяти, оперативной памяти и устройств хранения информации. Чем ближе к процессору, тем емкость памяти уменьшается, а скорость - увеличивается. Нормальное значение производительности компьютера зависит от хорошо спроектированной и реализованной архитектуры памяти, чтобы на других этапах передачи данных не возникало перегрузок и застоев в передаче данных. Кэш-память, размещенная в ядре процессора всегда гораздо быстрее и мощнее памяти, размещенной на материнской плате. Кроме того, кэш, размещенный в ядре процессора, работает одновременно и с данными, и с инструкциями для процессора. Такая архитектура была названа Гарвардской - «Harvard Architecture».
Архитектура чипсета.
В обеспечения лучшей работы процессора, его стабильности и надежности очень большую роль играет дизайн материнских плат. На рис. 3 схематически изображено устройство архитектуры любой материнской платы. Чипсет материнской платы состоит из двух компонентов (которые, как правило, представляют собой независимые чипсеты, связанные друг с другом). Называются эти компоненты Северный и Южный мост. Они означают расположение чипсета моста относительно шины PCI: Северный находится выше, а Южный - ниже. Эти названия дали чипсетам по выполняемыми ими функциями: они служат для связи различных шин и интерфейсов.
Рис.3. Архитектура чипсета
Северный Мост работает с самыми скоростными устройствами, поэтому сам должен работать очень быстро, обеспечивая быструю и надежную связь процессора, памяти, шины AGP и Южного Моста. Южный мост работает с медленными устройствами, такими как жесткие диски, шина USB, PCI, ISA и т.п.
Подсистема Ввода/Вывода BIOS (Basic I/O System).
BIOS - это низкоуровневое
Основная память (ОП).
Предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
·ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
·ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Оперативная память - совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную 8-значную комбинацию из нулей и единиц - 1 байт (8 бит). Каждая такая ячейка имеет адрес (адрес байта) и содержимое (значение байта). Адрес нужен для обращения к содержимому ячейки, для записи и считывания информации. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит информацию только во время работы компьютера. Емкость оперативной памяти современного компьютера 32-2048 Мбайт.
Внешняя память.
Она 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, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках.