Принципы построения и работы ЭВМ. Архитектура фон Неймана

 

Принципы работы ЭВМ. Структура ЭВМ. Современные ЭВМ построены в соответствии с принципами, сформулированными фон Нейманом в 1945 г.:

1. Принцип программного управления: ЭВМ работает по программе, которая находится в оперативной памяти и выполняется автоматически; программы дискретны и представляют собой последовательность команд, каждая из которых осуществляет отдельный акт преобразования информации; все разновидности команд образуют систему команд машины.

2. Принцип условного перехода: При выполнении программы возможен переход к той или иной команде в зависимости от промежуточных результатов вычислений; это допускает создание циклов.

3. Принцип хранимой информации: Команды как и операнды представляются в машинном коде и хранятся в оперативной памяти. При работе команды обрабатываются устройством управления процессора, а операнды -- арифметико-логическим устройством.

4. Принцип использования двоичной системы счисления: Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на элементы, называемыми словами. В двоичной системе используются две цифры 0 и 1, что соответствует двум состояниям двустабильной системы (кнопка нажата-отпущена, транзистор открыт-закрыт, ...)

5. Принцип иерархичности ЗУ: Компромисом между необходимыми большой емкостью памяти, быстрым доступом к данным, дешевизной и надежностью является иерархия запоминающих устройств: 1) быстродействующее ОЗУ, имеющее небольшую емкость для операндов и команд, участвующих в вычислениях; 2) инерционное ВЗУ, имеющее большую емкость для информации, не участвующей в данный момент в работе ЭВМ.

Кроме того, современные ЭВМ построены в соответствии с принципами: Магистрально-модульный принцип построения: ЭВМ состоит из модулей: ЦП, ПЗУ, ОЗУ, ВЗУ, устройств ввода и вывода, подключенных к магистрали, состоящей из шин управления (шины команд), адресов и данных. При этом сокращается аппаратура, стандартизируется процедура обмена информацией, но исключается одновременный обмен между несколькими устройствами. ЦП состоит из устройства управления, арифметико-логического устройства, микропроцессорной памяти. Внутренняя память ЭВМ: ПЗУ (самотестирование и загрузка ОС), и ОЗУ (хранение оперативной информации). Внешняя память: НЖМД, НГМД, CD-ROM, DVD-ROM, Zip-диск, стример (хранение больших объемов информации). Устройства ввода: клавиатура, мышь, трекбол, сканер, цифровая фото- и видеокамера. Устройства вывода: монитор, ЖК-дисплей, звуковые колонки, принтер, ЖК-проектор.

Принцип открытой архитектуры -- компьютер не является неразъемным устройством, он может быть собран из независимо изготовленных частей. На системной плате размещены системы, обрабатывающие информацию. Блоки, управляющие всеми устройствами ЭВМ (видео, звуковая, сетевая платы и т.д.), вставляются в стандартные разъемы (слоты) на системной плате. Системный блок содержит микропроцессор, ОЗУ, контроллеры различных устройств, накопители для жесткого, гибкого и компакт дисков, блок питания.

 

 

В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера:

- микропроцессор --- мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК;

- оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;

- контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК;

- накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты;

- накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер);

- дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт-дисков, а также запись инфор-мации на компакт-диск;

- блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера;

- счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет;

- другие устройства. Лесничая И.Г. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие. М.: Издательство Эксмо, 2007

Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:

- устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);

- устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.);

- устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микро-фон, сканер и т.д.);

- устройства вывода информации (монитор, принтер, акусти-ческая система и т.д.).

Внешние устройства (ВУ ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50 - 80% всего ПК, От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом.

ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

- внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;

- устройства ввода информации;

- устройства вывода информации;

- средства связи и телекоммуникации. Информатика: Учебник. Под ред. Макаровой Н. В. М.: Финансы и статистика, 2000.

Монитор -- устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации.

Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода -- это различные микрофонные акустаческие системы, " звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать.

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 (диджитайзеры)-- для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются 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; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

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

- 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; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные.

ПК. Устройства системного блока назначения краткая хар-ка.

Основных параметров ПК.

Микропроцессор – выполняет функции обработки информации и управления работы всех блоков ПЭВМ. Он определяет, какие данные может обрабатывать компьютер, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых команд, как происходит обработка данных, объем внутренней памяти. Осн. характеристики микропроцессора: тактовая частота, разрядность (длина слова) может быть внутренней и внешней, состав выполняемых команд, архитектура (определяется системой адресации, регистрами, типом обрабатываемых данных), напряжение, производительность (определяется разрядностью и тактовой частотой), наличие сопроцессора, КЭШ-памяти, соотношение внутренней и внешней шины данных.

Память – предназначена для хранения информации. Наиболее важные характеристики памяти – ее емкость и время доступа.

Системная плата – от ее характеристик зависит работа ПК. При выборе необходимо учитывать: возможные типы микропроцессоров с учетом их рабочих частот, число и тип системной шины, базовый размер платы, возможность наращивания оперативной и кэш-памяти, возможность обновления базовой системы ввода-вывода.

Клавиатура – реализует диалоговое общение пользователя с ПК. Она должна создавать удобства для длительной работы, расположение клавиш должно совпадать со стандартным расположением.

Дисплей – устройство для отображения информации. От их характеристик зависят возможности машин и используемого программного обеспечения. Различают дисплеи, пригодные для вывода лишь алфавитно-цифровой и графической информации, возможность поддержки цветного или монохромного изображения, текстовый формат и т.д.

Манипуляторы (мышь, трэкбол, пойнтеры) – устройства координатного, незаменимы при работе с графической информацией в граф. редакторах, облегчает работу с Windows.

Сканер – устройство для ввода графической информации в комп. Существуют ручные, планшетные и рулонные; черно-белые и цветные.

Диджитайзер – устройство поточечного координатного ввода графических изображений, применяются в системах автоматического проектирования, в комп. графике и анимации, позволяют достаточно точно вводить сложные изображения.

Принтер – помогает осущ. вывод текста и графич. изображений на бумагу, пленку и др. носители информации. Различают: точечно-матричные, струйные, лазерные, лепестковые, термические и специальные типы принтеров.

Накопители на гибких дисках – служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для перенесения инф. с одного ПК на др.

 

Внешняя память обычно располагается вне центральной части компьютера

Магнитные ленты в качестве устройств внешней памяти многим знакомы по аудио- и видеомагнитофонным кассетам. И те и другие хранят аналоговые данные, т.е. сигналы, которые изменяются непрерывно. Это сравнительно дешевый и довольно медленный носитель.

§ Гибкий магнитный диск - это небольшой, тонкий и гибкий пластиковый диск, на одной или обеих сторонах которого нанесено магнитное покрытие. Диск с покрытием заключается в защитный конверт или оболочку, имеющую отверстия для доступа головки чтения/записи и двигателя дисковода. Подобно магнитной ленте, гибкий диск может формировать постоянную запись программы или данных, поскольку он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.

§ Жесткий диск подобен гибкому, но сделан из прочных и жестких материалов. Он может вращаться быстрее и вмещает больше информации. Типичный дисковод жесткого диска для персонального компьютера почти не отличается размерами от дисковода гибкого диска, но емкость современного жесткого диска достигает 25–50 Гб, то есть в тысячи раз больше, чем у гибкого. Кроме того, жесткие диски гораздо быстрее связываются со своим компьютером, чем дискеты. Поиск, который длится до нескольких секунд на дискете, занимает на жестком диске лишь сотые доли секунды. Жесткий диск в большинстве компьютеров служит внешним устройством хранения текущих записей и прикладного программного обеспечения.

§ Оптический диск имеет сходство как с магнитным диском, так и с граммофонной пластинкой. Существуют диски CD-ROM – диски с однократной записью, стереть или перезаписать их невозможно.

§ Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.

§ Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM и DVD-RW - видеодиски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.

Наиболее известной и удобной является флэш-память, которая не только полностью энергонезависима, но может вмещать в себя операционную систему и некоторые прикладные программы.

 

 

Вопрос

Устройства вывода - это устройства, которые переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.

К устройствам вывода относятся :

Монитор (дисплей) - универсальное устройство визуального отображения всех видов информации

Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения - активно-матричные и пассивно-матричные жкм.

Разрешающая способность выражается количеством элементов изображения по горизонтали и вертикали. Элементами графического изображения считаются точки – пиксели (picture element). Элементами текстового режима также являются символы. Современные видеоадаптеры (SuperVGA) обеспечивают высокие разрешения и отображают 16536 цветов при max разрешении.

Существуют: 1) мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT).

2) жидкокристаллические мониторы (LCD) на базе жидких кристаллов. Жидкие кристаллы – особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под воздействием электрического напряжения.

Принтер – устройство для вывода информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют:

§ Лазерный принтер– печать формируется за счет эффектов ксерографии

§ Струйный принтер– печать формируется за счет микро капель специальных чернил.

§ Матричный принтер – формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента.

Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

Акустические колонки и наушники – устройство для вывода звуковой информации.

Вопрос

Устройства ввода — периферийное оборудование для занесения (ввода) данных или сигналов в компьютер либо другое электронное устройство во время его работы. Устройства ввода и выводы составляют аппаратный интерфейс между компьютером и сканером или 6DOF контроллером.

Клавиатура – клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации;

Стандартная клавиатура содержит:

§ набор алфавитно-цифровых клавиш;

§ дополнительно управляющие и функциональные клавиши;

§ клавиши управления курсором;

§ малую цифровую клавиатуру

v Координатные устройства ввода - манипуляторы для управления работой курсора (Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик). У мыши и трекбола вращение металлического шара, покрытого резиной, передается двум пластмассовым валам, положение которых рассчитывается инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране. Тачпад -манипулятор для портативных компьютеров, встроен в ПК, перемещение курсора осуществляется путем прикосновения к тачпаду пальцев. Джойстик – манипулятор для управления электронными играми.

v Сканер – устройство ввода и преобразования в цифровую форму изображений и текстов. Существуют планшетные и ручные сканеры.

v Цифровые камеры – формируют любые изображения сразу в компьютерном формате;

v Микрофон – ввод звуковой информации. Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формы в цифровую.

v Сенсорные устройства ввода :

1. Сенсорный экран - чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах

2. Дигитайзер– устройство преобразования готовых (бумажных) документов цифровую форму

3. Световое перо – светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна.

Вопрос 39. Создание, редактирование, оформление электронных таблиц в MS Excel. Выполнение расчетов с помощью формул, функций.

Последовательность создания ЭТ:

• Ввод названия ЭТ
• Ввод заголовков столбцов(шапки) и заголовков строк(боковика) ЭТ;
• Ввод исходных данных
• Ввод и при необходимости копирование формул для расчета выходных данных
• Форматирование данных в ячейкахЭТ
• Обрамление ЭТ
• Сохранение в файл.

Операции с файлами

Для записи ЭТ в файл используются команды Файл-Сохранить или Файл-Сохранить как. При этом имени файла автоматически присваивается расширение xls. Для загрузки файла предназначена команда Файл – Открыть.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: