Архитектура персонального компьютера

Для выполнения процесса обработки данных (вычислительного процесса) в состав ПК включаются различные устройства, выполняющие вполне определенные функции. Эти устройства принято разделять на центральные и периферийные (устройства компьютера, осуществляющие связь с различными источниками и получателями информации). На рис. 5 приведена упрощенная структурная схема персонального компьютера.

Процессор и основная память являются центральными устройствами ПК. Процессор (микропроцессор) - электронная микросхема, включающая в себя огромное количество элементарных полупроводниковых элементов и выполняющая в компьютере все вычисления и обработку информации.

Процессор является основной частью ПК и непосредственно осущест­вляет обработку данных и управление работой компьютера. Программы обработки данных и сами обрабатываемые процессором данные хранятся в основной памяти, которая подразделяется на оперативную и постоянную.

С помощью периферийных устройств осуществляется связь с различными источниками (поставщиками) и получателями (потребителями) информации. Функции периферийных устройств достаточно сложны, однако среди них можно выделить две основные: хранение информации на различных носителях данных и преобразование ее согласно функции, выполняемой внешним устройством. К периферийным устройствам относятся устройства ввода-вывода и внешняя память.

К аппаратным средствам ввода информации в ПК относятся клавиатура – устройство ввода текста, чисел и управляющей информации в основную память, а также устройства ввода алфавитно-цифровой, графической и речевой информации, например манипулятор «мышь», планшет, сканер и др. К аппаратным средствам вывода информации из ПК относятся знако- и графорегистрирующие устройства, например принтер (устройство для регистрации (печати) информации на бумажном носителе), графопостроитель, а также синтезаторы речи. Дисплеи (видеомониторы) предназначены для отображения визуальной информации (текстов, чисел, графических изображений или других результатов работы).

Устройства внешней памяти ПК также выполняют функции двустороннего обмена информацией и служат для постоянного хранения программ и данных. Однако они представляют область памяти, к которой процессор непосредст­вен­но обращаться не может. Чтобы использовать информацию, хранящуюся во внешней памяти, ее необходимо предварительно передать в основную память. К аппаратным средствам внешней памяти (внешние запоминающие устройства) относятся накопители на гибких и жестких магнитных дисках, магнитных лентах и другие .

Связь всех функциональных устройств ПК определяется интерфейсами - совокупностью правил и средств, устанавливающих единые принципы взаимодействия этих устройств. Например, интерфейс периферийного устройства включает в себя техническое исполнение, наборы передаваемых сигналов и правила обмена информацией с центральным устройством.

Все устройства ПК объединены внутрисистемным интерфейсом и взаимодействуют по адресному принципу: все подчиненные устройства и их составные части имеют конкретные адреса, по которым к ним обращаются устройства управления работой компьютера. Для связи процессора с периферийными устройствами используются специальные устройства сопряжения и обмена, называемые адаптерами (каналами). Через эти каналы осуществляется передача информации между отдельными частями ПК. В компьютере существует общий канал, через который взаимодействуют все входящие в ПК устройства, называемый системной шиной.

В очень упрощенном варианте попытаемся проиллюстрировать работу функциональных устройств ПК на конкретном примере. Предположим, что мы получили магнитный диск с компьютерной игрой. Мы знаем, что на диске записана программа, реализующая алгоритм этой игры. Включив компьютер и вставив диск в дисковод, мы «запускаем» игру, то есть переписываем соответствующую ей программу с внешнего устройства (магнитный диск) через системную шину в основную память и включаем в работу процессор, который, обработав начальную информацию, опять же через системную шину поместит результат ее обработки (начальную картинку) в основную память и выдаст ее через адаптер на устройство вывода информации (монитор). Сам процесс игры осуществляется при помощи устройств ввода информации (клавиатура, мышь), путем передачи от них информации (нажатие определенной кнопки или клавиши) через адаптер и системную шину в процессор, который обрабатывает ее и результат обработки записывает в основную память и выдает на монитор.

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются так называемые IBM-совместимые персональные компьютеры, изучению устройства которых будет посвящен дальнейший материал. Основной особенностью этих компьютеров является заложенный в них принцип открытой архитектуры. Компьютер сделан не единым, монолитным устройством, а собран из отдельных изготовляемых независимо частей или узлов с обеспечением определенных методов их соединения друг с другом. Любой узел может быть заменен другим и кроме того к компьютеру могут быть дополнительно подсоединены другие узлы. Это делает достаточно простыми операции по модернизации ПК и по расширению функциональных возможностей компьютера.

Персональный IBM компьютер в минимальной комплектации в настольном исполнении состоит из трех отдельных частей (рис. 6):

- системный блок;

- клавиатура;

- монитор.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте, например, в «блокнотном» исполнении - Notebook (рис. 7). В этом случае системный блок, монитор и клавиатура заключены в единый корпус. Системный блок расположен под клавиатурой, а монитор сделан как ее крышка.

Конструктивно системный блок настольного ПК состоит из набора определенных устройств, собранных в едином корпусе. В нем располагаются важнейшие устройства ПК:

- электронные схемы, управляющие работой компьютера, в том числе процессор и блоки памяти;

- жесткий магнитный диск;

- дисководы для гибких магнитных дисков;

- блок питания;

- дополнительные устройства, например модем, дисковод для CD-дисков, звуковая карта, стример и др.

Существуют два исполнения корпуса системного блока - горизонтальный и вертикальный (может служить подставкой под монитор). На корпусе системного блока любого ПК в доступном для пользователя месте (как правило на лицевой стороне) расположены по меньшей мере две кнопки или клавиши включения и перезагрузки компьютера, а также световые сигнальные индикаторы. Кроме того, на передней панели корпуса в специально отведенных местах могут располагаться дисководы для дисков или другие устройства. При отсутствии таковых эти места закрыты отдельными крышками.

На задней панели системного блока располагаются разъемы для подключения электропитания и для связи с другими устройствами. С точки зрения пользователя конструктивно разъемы выполнены очень удобно - невозможно их перепутать при подключении соединительных кабелей.