История развития ПК. Базовая архитектура ПК

Архитектура персонального компьютера.

Обычно ПЭВМ включает три основных устройства: системный блок, клавиатуру и дисплей (монитор).

Однако для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно подключить различные дополнительные периферийные устройства, в частности: печатающие устройства (принтеры), накопители на магнитной ленте (стриммеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройства оптического считывания изображений (сканеры), графопостроители (плоттеры) и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью кабелей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока.

ПЭВМ, как правило, имеет модульную структуру. Все модули связаны с системной магистралью (шиной).

Системная магистраль. Она выполняется в виде совокупности шин, используемых для передачи данных, адресов и управляющих сигналов. Количество линий в адресно-информационной шине определяется разрядностью кодов адреса и данных, а количество линий в шине управления - числом управляющих сигналов, используемых в ПЭВМ.

Системный блок. Являясь главным в ПЭВМ, этот блок включает в свой состав: центральный микропроцессор, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контроллеры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модули. Набор модулей определяется типом ПЭВМ. Пользователи по своему желанию могут изменять конфигурацию ПЭВМ, подключая дополнительные периферийные устройства.

В системный блок может быть встроено звуковое устройство, с помощью которого пользователю удобно следить за работой машины, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ.

Со звуковым устройством часто связан таймер, позволяющий вести отсчет времени работы машины, фиксировать календарное время, указывать на окончание заданного промежутка времени при выполнении той или иной задачи.

Системная плата

(System board) — второй по важности компонент в устройстве персонального компьютера . Кроме термина "системная плата", используется название "материнская плата" (Motherboard) . Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название "контроллер", но даже в этом случае его назначение— выполнение вспомогательных функций.

Конструктивно системная плата ПК выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы. Количество слоев может достигать 12, но чаще всего используют 8 (если не считать краски и лака). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги (может использоваться метод осаждения или напыления), которые соединяют контактные выводы микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой.

Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешними устройствами. Каждому ВУ соответствует - свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от адаптировать - приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ.

Контроллер содержит регистры двух типов - регистр состояния (управления) и регистр данных. Эти регистры часто называют портами ввода-вывода. За каждым портом закреплен определенный номер - адрес порта. Через порты пользователь может управлять ВУ, используя команды ввода-вывода. Программа, выполняющая по обращению из основной выполняемой программы операции ввода-вывода для конкретного устройства или группы устройств ПЭВМ, входит в состав ядра операционной системы ПЭВМ. Для ускорения обмена информацией между микропроцессором и внешними устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к памяти (ПДП). Контроллер ПДП, получив сигнал запроса от внешнего устройства, принимает управление обменом на себя и обеспечивает обмен данными с ОП, минуя центральный микропроцессор. В это время микропроцессор продолжает без прерывания выполнять текущую программу. Прямой доступ к памяти, с одной стороны, освобождает микропроцессор от непосредственного обмена между памятью и внешними устройствами, а с другой стороны, позволяет значительно быстрее по сравнению с режимом прерываний удовлетворять запросы на обмен.

Микропроцессор. Ядром любой ПЭВМ является центральный микропроцессор, который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков ПЭВМ.

Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС). В состав МП входят:

• центральное устройство управления;

• арифметико-логическое устройство;

• внутренняя регистровая память;

•КЭШ-память;

• схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти;

• схемы управления системной шиной и др.

АЛУ выполняет логические операции, а также арифметические операции в двоичной системе счисления и в двоично-десятичном коде, причем арифметические операции над числами, представленными в форме с плавающей точкой, реализуются в специальном блоке. В некоторых конфигурациях с этой целью используется арифметический сопроцессор. Он имеет собственные регистры данных и управления, работает параллельно с центральным МП, обрабатывает данные с плавающей точкой.

Устройство управления микропроцессорного типа обеспечивает конвейерную обработку данных с помощью блока предварительной выборки (очереди команд).

Оно обеспечивает многозадачность. Многозадачность - способ организации работы ПЭВМ, при котором в ее памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач..

Обмен информацией между блоками МП происходит через магистраль микропроцессора, включающую 32-разрядную шину адреса, 32-разрядную двунаправленную шину данных и шину управления.

Шина адреса используется для передачи адресов ячеек памяти и регистров для обмена информацией с внешними устройствами.

Шина данных обеспечивает передачу информации между МП, памятью и периферийными устройствами. По этой шине возможна пересылка 32, 16 и 8-разрядных данных. Шина двунаправленная, т.е. позволяет осуществлять пересылку данных, как в прямом, так и в обратном направлении.

Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов - управления памятью, управления обменом данных, запросов на прерывание и т.д.

Внутренняя память ПЭВМ состоит из оперативной памяти и постоянной памяти (ПП).

Оперативная память (ОП) ПЭВМ. Она построена на БИС или СБИС и является энергозависимой: при отключении питания информация в ОП теряется. В оперативной памяти хранятся исполняемые машинные программы, исходные и промежуточные данные и результаты. Емкость ОП в ПЭВМ измеряется в Мегабайтах и Гигабайтах. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость ОП составляет 1-4 Гбайт.

В ОП обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти воз можно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек удобен при организации прерываний и обращении к подпрограммам.

Постоянная память (ПП). Она является энергонезависимой, используется для хранения системных программ, в частности, так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS –Basic Inputand Output System), вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в ПП, предназначены для постоянного использования микропроцессором.

Внешние устройства.

Эффективность использования ПЭВМ в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в ее составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПЭВМ. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПЭВМ, которые в наибольшей мере соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задач.

Внешние устройства составляют до 80 % стоимости ПЭВМ и оказывают значительное (иногда даже решающее) влияние на характеристики машины в целом.

Конструктивно каждая модель ПЭВМ имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств - клавиатуру, дисплей, НЖМД, составляющий вместе с системным блоком "базовую конфигурацию" этой модели. Пользователь, как правило, сам подбирает желательное ему печатающее устройство. В случае необходимости к ПЭВМ могут подключаться также дополнительные внешние устройства, например, сканеры, стриммеры, плоттеры или диджитайзеры. В последние годы многие фирмы прилагают значительные усилия для разработки совершенно новых видов внешних устройств, ориентированных на стремительно растущие запросы пользователей, в частности, для приложений в области мультимедиа.

КЛАВИАТУРА

Клавиатура (клавишное устройство) реализует диалоговое общение пользователя с ПЭВМ:

• ввод команд пользователя, обеспечивающих доступ к ресурсам ПЭВМ;

• запись, корректировку и отладку программ;

• ввод данных и команд в процессе решения задач. Центральную часть клавиатуры обычно занимают клавиши букв латинского и русского алфавита, служебных знаков (%, ?, !, ,, , ) и др.), а также цифровые клавиши. В большинстве случаев одна клавиша используется для ввода нескольких разных знаков, причем переход между ними производится за счет одновременного нажатия соответствующей клавиши и одной или двух служебных функциональных клавиш (обычно - клавиш Shift, Alt и Ctrl). В большинстве моделей клавиатуры (за исключением клавиатуры ПЭВМ классов LAPTOP, NOTEBOOK и HANDHELD) с правой стороны размещается дополнительная цифровая клавиатура, что создает удобства при необходимости частого ввода чисел. По периферии клавиатуры размещаются служебные функциональные клавиши: Enter, Esc ,Delete, Insert, Tab и др., а также "программируемые" функциональные клавиши (FI -F 12). Функциональные клавиши в программах выполняют в основном специальные операции. К примеру, клавиша Esc обычно означает "отмену" или "возврат", клавиша Insert-"вставку" и т.п. Назначение программируемых функциональных клавиш FI-F12 более гибко: как правило, определяется в соответствующих программах и приводится в их документации. Служебные клавиши (Shift, Alt, Ctrl) и индикаторы режимов (Printscreen. CapsLock, Break) служат для переключения назначения алфавитно-цифровых клавиш, вывода "образа экрана дисплея" на принтер, изменения режима работы и прерывания программ. Клавиши управления необходимы для позиционирования курсора на экране дисплея. Ряд клавиш обеспечивают перемещение курсора в начальную или конечную позицию на строке экрана дисплея (Home, End), а также на страницу вперед или назад (PgUp и Pgdn ).

ДИСПЛЕЙ

Дисплей (монитор) - основное устройство для отображения информации, выводимой во время работы программ на ПЭВМ. Дисплеи могут существенно различаться; от их характеристик зависят возможности машин и используемого программного обеспечения. Важными техническими параметрами являются текстовой формат и разрешающая способность изображения. Текстовой формат (в текстовом режиме) характеризуется числом символов в строке и числом текстовых строк на экране. В графическом режиме разрешающая способность задается числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Другой характерный параметр - количество поддерживаемых уровней яркости в монохромном режиме и соответственно количество цветов при цветном изображении. Не менее важным параметром является и размер экрана: он определяет различимость изображения в целом и четкость его отдельных элементов, в том числе букв и цифр.

Указанные параметры зависят как от конструкции экрана, так и от схемы управления, сосредоточенной в системном блоке. В настоящее время в большинстве случаев применяется схема формирования из ображения на основе растровой памяти (bitmapping). Каждый элемент изображения - одна точка на экране дисплея - формируется из фрагмента растровой памяти, состоящего из 1, 2 или 4 бит. Информация, записанная в указанных битах, управляет яркостью (или цветом) точки на экране, а также ее миганием и другими возможными атрибутами.

Дисплей подключается к системному блоку с помощью контроллера, чаще всего выполненного в виде отдельной платы (адаптеру ), вставляемой в системный блок. Адаптер обычно содержит растровую память и схему управления. Кроме того, на нем размещается микросхема ПЗУ, в которой записываются образы знаковых матриц, выводимых на экран. Наиболее часто в IBM-совместимых ПЭВМ используются мониторы типа VGA или SVGA.

В профессиональных ПЭВМ широко применяются цветные мониторы с очень высоким разрешением (1024х1024 и 2048х2048 точек) и возможностью получения изображений из 4096 базовых цветов, что обеспечивает до 16 млн. оттенков.

Пользователи ПЭВМ проводят в непосредственной близости от работающих дисплеев многие часы подряд. В связи с этим фирмы - производители дисплеев усилили внимание к оснащению экранов дисплеев специальными средствами защиты от всех видов воздействий, которые негативно сказываются на здоровье пользователя. Так, фирма Samsung выпускает дисплеи "LowRadiation" с нанесенным на экран специальным покрытием, снижающим уровень жесткого излучения. Используются и другие методы, повышающие комфортность работы с дисплеями.

МАНИПУЛЯТОРЫ

Общение пользователя с ПЭВМ облегчается с помощью различных манипуляторов. Наиболее распространенным из них является так называемая мышь. Пользователь, перемещая мышь по поверхности стола, позиционирует указатель мыши (стрелку, прямоугольник) на экране дисплея, а нажатием клавиш выполняет определенное действие, связанное с соответствующей клавишей (например, выполняет определен­ный пункт меню). Мышь требует специальной программной поддержки.

ВНЕШНЕЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Как уже указывалось выше, в ПЭВМ в основном используются  НЖМД типа "винчестер".

Он содержат несколько дисков, объединенных в пакет. Чаще всего такой пакет включает 4-6 дисков диаметром 5,25 или (в портативных ПЭВМ) 3 дюйма. НЖМД является несменяемым, располагается внутри системного блока.

В НЖМД магнитные головки, объединенные в блок, перемещаются одновременно в радиальном направлении по отношению к дискам. Дорожки с одинаковыми номерами на разных поверхностях дисков образуют цилиндр. Цилиндр имеет тот же номер, что и объединенные им дорожки. Любой диск имеет физический и логический формат. Физический формат диска определяет размер сектора (в байтах), число секторов на дорожке (или - для жестких дисков - в цилиндре), число дорожек (цилиндров) и число сторон.

Логический формат диска задает способ организации информации на диске и фиксирует размещение информации различных типов.

В отличие от гибких дисков, физический и логический форматы которых устанавливаются в процессе форматирования дискеты, жесткие диски поступают к потребителю с определенным физическим форматом. Логическая структура жесткого диска устанавливается пользователем, причем это должно быть сделано до применения этого диска операционной системой. Установка логической структуры диска выполняется в два этапа. Сначала жесткий диск разбивается на части, каждая из которых может использоваться своей операционной системой. Далее каждую из этих частей необходимо отформатировать в соответствии с требованиями той операционной системы, для которой она предназначена.

Наиболее часто применяются форматы данных, соответствую­щие фиксированным числам секторов на одной дорожке, например, форматы с 17 или 32 секторами на дорожке. При этом емкость информации в одном секторе колеблется от 512 до 1024 байт.

Основное назначение жесткого диска. Жесткий диск (винчестер, HDD) предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе компьютера: операционной системы, документов, игр и т.д. 

Для организации хранения и учета данных на диске можно использовать различные схемы, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения эффективности использования пространства памяти диска, скорости доступа, безопасности и качества хранения данных.

В настоящее время наиболее распространены НЖМД емкостью от 250 до 320 Гбайт. Вместе с тем нередкими стали конфигурации ПЭВМ, включающие НЖМД типа "винчестер" емкость которых измеряется в Тбайтах.

Важным параметром для пользователя является время доступа, характеризующее скорость чтения и записи информации на диски. Для наиболее распространенных НЖМД 480 мбт/сек. Реальная скорость работы НЖМД в большой степени зависит от типа используемой программы. Так, обработка больших массивов информации, требующая многократного поиска одиночных сведений, может неожиданно для пользователя занять весьма значительное время. Еще более продолжительной может оказаться обработка сложных изображений.

Переносные устройства для хранения информации

1. На оптических (лазерных) дисках. Их емкость измеряется гигабайтами и даже десятками гигабайт, однако в большинстве случаев такие диски не допускают перезаписывания, поэтому используются для хранения постоянной информации (например, сложных компьютерных игр с высокоразвитой графикой)

Банк рефератов Точка доступа: http://www.bestreferat.ru/referat-237193.html

Актуализация опорных знаний

1. Что такое информация.

2. Какие операции можно выполнять с информацией.

3. Почему наше общество называется информационным.

4. Какое место в вашей специальности занимает работа с информацией.

5. Какое техническое средство позволяет выполнять все необходимые действия с информацией.

«История развития ПК. Базовая архитектура ПК»

Цель учебного занятия

Разработать и представить проект «История развития ПК,

Базовая архитектура ПК»

• Основные этапы развития ПК.
• Определить назначение основных устройств ПК
• Пояснить структуру ПК

Задачи для обучаемых

• Используя способы преобразования информации и поиск информации по заданному шаблону заполнить карты задания и оценочные листы.
• Проанализировав состав персонального компьютера пояснить функцию основных комплектующих.
• Исходя из понимания что ПК предназначен для работы с информацией провести аналогию с деятельностью человека в этом направлении.

Критерии самооценки

Показатель

Оценивание

Знали ответы на все вопросы

3 балла

Принимали участие в беседе

1 балл

Активно участвовали в беседе

1 балл

Преобразование видеоинформации в табличную форму

Эталон ответа к карте №1

Дата события

Событийная веха

1614 год

Шотландец Джон Непер изобрел Логарифмы

1642 год

Суммирующая машина француза Блеза Паскаля

1822 год

Англичанин Чарльз Беббидж изобрел Разностную машину

1936 год

Математическая модель алгоритма. Машина Тьюринга.

1945 год

1953 год

Американец Джон Фон Нейман сформулировал принципы работы и компоненты современного компьютера

Большая электронная счетная машина построена под руководством Лебедева. Россия.

1975 год

Бил Гейтс и Пол Аллен основали фирму IBM, крупнейший производитель ПО пользователей

1976 год

Выпущен первый компьютер фирмы Apple

1981 год

Выпущены первые IBM PC , компакт диски как носители информации

1985 год

Заработала система связи через интернет

Разработка плаката «Этапы развития ПК »

Оформление плаката Демонстрация своей работы

Взаимооценка при демонстрации по следующим критериям:

• Отображены основные этапы.
• Наглядный визуальный ряд.
• Использование фигур для оформления.
• Заголовок выполнен средствами WordArt.
• Изображения сопровождаются, поясняются текстом.

Каждый критерий 1 балл, максимальная оценка 5 баллов.

Заполнение карты задания №2 в электронном виде

• Предлагается текст в электронном варианте, обучающиеся остаются в тех же группах.
• Используя его с помощью операций копирование и вставка заполните третий столбец.
• Группы поочередно по окончанию работы представляют свою работу по одному компоненту. (строке таблицы)
• Архитектура персонального компьютера. docx

Критерии оценивания

Обучающиеся само и взаимно оценивают себя во время представления работы за каждую строку по 3-х бальной системе.

• 2 соответствует
• 1 соответствует частично
• 0 не соответствует

В таблице 10 строк

Максимальное количество балов 20

Результат проектной деятельности

• Навыки участия в

коллективной беседе

• Карта задание №1
• Плакат-схема «Этапы

развития ПК»

• Карта задание №2
• Кроссворд по теме
• Умение преобразовывать информацию
• Умение презентовать свою деятельность
• Способность оценивать себя и товарищей по четким критериям.

Рефлексия

• Мне все понятно

• Мне не все понятно

• Я не все понял и допустил много ошибок

Домашнее задание

• Составить по тому- же тексту кроссворд самостоятельно или сгенерировать его с помощью фабрики кроссвордов из 10 терминов. http://puzzlecup.com/crossword-ru/
• Критерии оценивания:

• Проработан весь текст.-1балл Использовано заданное –количество слов.- 1 балл Термины имеют однозначную формулировку- 2 балла Аккуратность оформления. – 1 балл
• Проработан весь текст.-1балл
• Использовано заданное –количество слов.- 1 балл
• Термины имеют однозначную формулировку- 2 балла
• Аккуратность оформления. – 1 балл
• Максимально – 5 баллов