ІІІ. Персональні комп’ютери. Особливості їх складу, конструкції і конфігурації.

Персональний комп’ютер – загальнодоступна та універсальна у застосуванні настільна або переносна ЕОМ. Це основна технічна база ІТ.

Архітектуру ПК зумовлюють потреби користувача. Головне – це структура та функціональні можливості машини, які можна поділити на основні та допоміжні.

Структура ПК – це модель, що встановлює склад, порядок та принципи взаємодії компонентів.

Основні функції – зумовлюють призначення ЕОМ: обробку та зберігання інформації, обмін інформації із зовнішніми об’єктами.

Допоміжні функції – підвищують ефективність виконання ЕОМ основних функцій: забезпечують ефективні режими її робти, діалог із користувачем, високу надійність. Ці функції реалізуються за допомогою її компонентів і програмних засобів.

 

Достоїнствами ПК є:

§ Низька вартість;

§ Автономність експлуатації без спеціальних вимог до навколишнього середовища;

§ Гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, побуту;

§ Дружність ОС та іншого програмного забезпечення, що зумовлює можливість роботи з нею користувача без спеціальної професійної підготовки;

§ Висока надійність роботи (більш як 5 тис. годин експлуатації до відмови).

Склад персонального комп’ютера можна представити структурною схемою, зображеною на Рис. 1.1.

Мікропроцесор (МП) - є центральним блоком ПК і призначений для управління роботою усіх блоків комп’ютера і виконання арифметичних і логічних операцій над інформацією. До його складу входять логічні блоки (АЛП, КП) і мікропроцесорна пам'ять (МПП), що забезпечує короткочасне зберігання, запис та видачу інформації, яка використовується в обчисленнях у найближчі такти роботи комп’ютера. МПП будується на регістрах і використовується для забезпечення високої швидкодії ЕОМ, адже основна пам'ять не завжди забезпечує необхідну для швидкодіючого МП швидкість запису, зчитування, пошуку інформації. Регістри – найшвидкодійніші елементи пам’яті довжиною 1-4 байти або більше. Інтерфейсна система МП забезпечує зв'язок з іншими пристроями ПК (через системну шину).

Генератор тактових імпульсів – генерує послідовність електричних імпульсів, частота яких зумовлює тактову частоту комп’ютера. Проміжок часу між імпульсами становить такт.

Системна шина – це основна інтерфейсна система ПК, яка забезпечує взаємодію усіх його пристроїв. Складається з шини даних, шини адрес, шини керування і шини живлення, забезпечуючи три напрямки передачі інформації:

§ Між МП та оперативною пам’яттю;

§ Між МП та портами введення/виведення зовнішніх (відносно процесора та шин) пристроїв;

§ Між основною пам’яттю та портами введення/виведення зовнішніх пристроїв (у режимі прямого доступу до пам’яті).

Усі блоки, а точніше їх порти введення/виведення, через відповідні уніфіковані роз’ємні з’єднання підключаються до шини безпосередньо або через пристрої з’єднання – контролери (адаптери). У сучасних ПК керування шиною здійснюється контролером шини.

Основна пам'ять складається з ПЗП та ОЗП. ПЗП призначений для зберігання програми тестування ПК, програми початкового завантаження, базової системи введення/виведення (BIOS). ОЗП служить для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних). У ОЗП висока швидкодія звернення до комірок пам’яті (прямий адресний доступ). Після вимикання ПК інформація в ОЗП знищується. Об’єм ОЗП сучасного ПК може складати 16, 32, 64, 128, МБ та більше.

 

 

 

Рис. 1.1 Структурна схема ПК

 

Зовнішня пам'ять призначена для довготривалого зберігання даних. У зовнішній пам’яті зберігається усе програмне забезпечення ПК. Найпоширеніші пристрої - це накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) і накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД). Відрізняються НЖМД та НГМД тільки конструктивно, об’ємом інформації, яку вони можуть зберігати, часом пошуку, запису, зчитування. Також використовуються касетні магнітні стрічки, стримери, накопичувачі на оптичних дисках (CD – ROM – компакт-диск), флеш диски і таке інше.

Джерело живлення – це блок, який вміщує системи автономного і мережного енергоживлення ПК.

Таймер – внутрішній електронний годинник. Під час вимкнення ПК підключається до автономного джерела живлення і продовжує працювати.

Зовнішні пристрої за призначенням поділяються на такі групи:

- Зовнішні запам’ятовуючі пристрої виконані як окремий конструктивний блок і, як правило, із власним блоком живлення. Вони мають велику ємність, іноді складаються з декількох накопичувачів в одному корпусі (наприклад, пристрій для перезапису компакт-дисків)

- Діалогові засоби користувача: монітор – засіб для відображення інформації; мікрофонні акустичні системи зі складним програмним забезпеченням, яке дозволяє розпізнавати слова, перетворювати мову на текст і так далі; синтезатори звуку, які перетворюють цифрові коди на літери і слова. Мова відтворюється за допомогою динаміків або звукових колонок, з’єднаних з ПК.

- Пристрої введення інформації: клавіатура; графічні планшети (діджитайзери) – пристрої для ручного введення графічної інформації, зображень за допомогою переміщення по планшету пера (вказівника) з одночасним автоматичним зчитуванням координат його місцезнаходження та введення цих координат у ПК; маніпулятори – це пристрої вказівники – джойстик, миша, трекбол, світлове перо та інші; сенсорні екрани – пристрої для введення окремих елементів зображення, програм або команд з поліекрану дисплея у ПК; сканери- пристрої для автоматичного причитування з паперових носіїв і введення в ПК текстів, графіків, малюнків, креслень.

- Пристрої виведення інформації: принтери, графопобудовники (плотери) – пристрої для виведення графічної інформації (графіки, креслення, малюнки).

- Пристрої зв’язку і телекомунікацій: використовуються для зв’язку з пристроями і іншими засобами автоматизації (інтерфейсні адаптери, цифро – аналогові і аналого – цифрові перетворювачі та інше) і для підключення ПК до каналів зв’язку, іншими ПК і комп’ютерними мережами (мережеві інтерфейсні плати, модеми).

Засоби мультимедіа – це комплекс апаратних і програмних засобів, які дозволяють людині спілкуватися з комп’ютером, використовуючи звук, відео, графіку, тексти, анімацію та інше. До них належать: сканери; відео – і звукові плати; плати відео захвату (video grabber), які знімають зображення з відеомагнітофону або відеокамери і вводять його в ПК; акустичні та відео відтворюючі системи з підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. До засобів мультимедіа відносяться також запам’ятовуючі пристрої великої ємності на оптичних дисках, які використовуються для запису аудіо і відеоінформації.

Додаткові схеми - до системної шини і МП можуть бути підключені також додаткові плати з інтеграційними мікросхемами, які розширюють та покращують її функціональні можливості: математичний сопроцесор, контролер прямого доступу до пам’яті, сопроцесор введення/виведення, контролер переривань та інше.

§ Математичний сопроцесор використовується для прискорення виконання операцій над числами, а також для обчислення деяких трансцендентних, у тому числі тригонометричних, функцій. Математичний сопроцесор працює паралельно з МП, але під його керівництвом. Прискорення операцій відбувається в декілька разів. Останні моделі ПК, починаючи з МП 486 DX, мають сопроцесор.

§ Контролер прямого доступу до пам’яті звільняє МП від прямого керівництва накопичувачами на магнітних дисках, що суттєво підвищує ефект швидкодії ПК. Без контролера обмін даними між зовнішніми запам’ятовуючими пристроями і ОЗП здійснювався через регістри МП.

§ Сопроцесор введення/виведення завдяки паралельній роботі з МП значно прискорює виконання процедур введення/виведення інформації при обслуговуванні декількох зовнішніх пристроїв (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД).

§ Контролер переривань

Переривання – це тимчасова зупинка виконання однієї програми з метою оперативного виконання іншої, більш пріоритетної на даний момент. Переривання виконується постійно. Контролер переривань обслуговує процедури переривань, приймає запит на них від зовнішніх пристроїв, визначає рівень пріоритету цього запиту і передає сигнал переривання в МП, який, отримавши цей сигнал, зупиняє виконання поточної програми, переходячи на виконання спеціальної програми обслуговування того переривання, яке запитав зовнішній пристрій. Після завершення програми обслуговування відновлюється виконання перерваної програми.

Розглянута структурна схема ПК є спрощеною, вона стосується першого (РС, ХТ) і частково другого (перші машини АТ) поколінь, відрізняючись від структурних схем сучасних ПК реалізацією системного інтерфейсу в середині машини.

 

 

 

Рис. 1.2 Схема реалізації інтерфейсу сучасного ПК

 

Процесор, оперативна та кеш – пам'ять сполучені між собою найшвидкодіючою і найширшою шиною (66 – 133 МГц, 64 біт). Саме цю область ПК називають системною шиною.

Мікросхеми чіпсету надвеликої інтеграційної схеми керування на системній платі виконують функції мостів між шинами з більшою і меншою пропускними можливостями.

Питання для самоперевірки

 

1. Дайте означення структури ПК.

2. Призначення мікропроцесора.

3. Які логічні блоки входять в мікропроцесор?

4. Призначення мікропроцесорної пам’яті.

5. Призначення генератора тактових імпульсів.

6. Яке призначення системної шини? Які напрямки передачі інформації вона забезпечує?

7. Призначення ПЗП та ОЗП.

8. Які пристрої представляють зовнішню пам’ять? Призначення зовнішньої пам’яті.

9. Дайте класифікацію зовнішніх пристроїв по їх призначенню.

10. Зовнішні запам’ятовуючі пристрої. Їх призначення.

11. Діалогові засоби користувача.

12. Пристрої введення інформації. Принципи їх дії.

13. Пристрої виведення інформації. Їх призначення.

14. Пристрої зв’язку та телекомунікації. Їх призначення.

15. Засоби мультимедіа. Їх призначення. Які пристрої належать до засобів мультимедіа.

16. Призначення додаткових схем. Яке призначення математичного сопроцесора, контролера прямого доступу до пам’яті, сопроцесора введення-виведення, контролера переривань?