В состав внутреннего устройства архитектуры персонального компьютера входит что
Внутренняя архитектура компьютера
Внутренней архитектурой компьютера называется структура его элементов, их устройство и взаимосвязь между ними.
Общие понятия
Базовая система ввода-вывода данных находится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) системы и загружается автоматически при включении кнопки запуска компьютера.
Обычно все программы базовой системы ввода-вывода данных скрыты для пользователя, но они производят огромное влияние на скорость работы всех элементов компьютера и в принципе отвечают за их работу.
Сущность и структура внутренней архитектуры компьютера
Беспроводной связью является процесс обмена информацией между компьютером и иными устройствами без использования проводов. Существует несколько вариантов такой связи, одним из них есть инфракрасное излучение, которое используется в операционной системе Windows. Распространённым видом связи являются также радиосигналы.
Для определения начала и конца передачи кода используются специальные команды, именуемые стартовый и стоповый бит.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
С целью решения комплексных задач и операций в базе компьютера используются интегральные микросхемы. От их состава зависит внутренняя архитектура компьютера. Набор интегральных микросхем представляет собой связующее звено между различными блоками системы: блоком памяти, центральным процессором, устройствами ввода и вывода информации и остальными. Центральный процессор выбирает наборы микросхем, которые далее определяют характеристики внешних устройств.
Информационные данные процессора содержат сведения о наборах микросхем, на которых может функционировать данный процессор. Каждому процессору соответствует определённый набор микросхем и материнских плат, с которыми он будет максимально эффективен.
Материнская плата являет собой конструкцию, состоящую из печатной платы с многоступенчатым печатным монтажом. На ней располагаются все основные составные элементы персонального компьютера, то есть микросхемы, а именно:
Материнская плата обычно имеет разъемы, позволяющие подключать дополнительные микроконтроллеры с помощью специальных шин для обмена информацией, к примеру, USB.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для временного хранения данных и различных команд, необходимых для центрального процессора при осуществлении различных операций. При этом для обмена информацией центральный процессор с оперативной памятью часто используют специальную память кэш, либо работают напрямую. Каждая ячейка в оперативной памяти имеет свой личный адресный код. Блок оперативной памяти обычно выполняется как отдельная плата, либо в виде микроконтроллера, также бывает, что он входит в однокристальную электронную вычислительную машину.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) содержит ряд программ, которые запускаются вместе с запуском питания. Зачастую в составе ПЗУ содержится базовая система ввода и вывода BIOS, но бывают и иные варианты программ.
На сегодняшний день центральное вычислительное устройство реализуется с помощью одной микросхемы, которая выполняет все необходимые функции, и называется микропроцессор. Своё широкое применение микропроцессоры нашли еще в середине восьмидесятых годов XX века, и сегодня понятие микропроцессора и центрального процессора практически обозначают одно и то же. Но всё-таки и на сегодняшний день существуют такие компьютеры, которые содержат центральные процессоры, состоящее из большого количества интегральных микросхем. Раньше центральные процессоры разрабатывались под конкретные комплексы компьютерных архитектур, каждый центральный процессор был по-своему уникален. С широким применением компьютерной техники возникла необходимость унифицировать центральные процессоры и изготавливать их серийные партии. Это было экономически выгодно и целесообразно. Со временем технологии интегральных микросхем эволюционировали, и на сегодняшний день они стали намного сложнее и при этом компактнее, чем их прошлые прототипы.
Обычно видеокарты изготавливаются как отдельная оплата и размещаются на материнской плате с помощью специального разъёма, но бывают конфигурации, в которых видеокарта изначально встроена в материнскую плату. На сегодняшний день видеокарты выполняют функции не только вывода изображений на дисплей, но также обрабатывает видеоданные при помощи специальных графических микропроцессоров, тем самым разгружая центральный процессор от выполнения этих задач.
Архитектура современных компьютеров
Архитектурой современного компьютера является схематическое изображение его структуры строения с указанием принципов работы комплектующих, входящих в его состав.
Понятие архитектуры компьютера
Архитектурой персонального компьютера обычно пользуются в качестве инструмента для отработки стандартов. Другими словами, компьютерную систему по такому стандарту реально воплотить на основе сформированных схематических решений и технологий.
Под термином «архитектура компьютера» также понимают методологию сборки компьютеров и их составляющих. Таким образом, архитектура, разработанная определённой компанией, является её интеллектуальной собственностью и может быть применена только ею, являясь инструментом её конкурентоспособности. Но, невзирая на это, различными брендами используется общая концепция, объединяющая основные базовые характеристики разных моделей компьютеров, что делает их комплектующие универсальными.
Применение единой архитектуры персональных компьютеров дает возможность фирмам по производству компьютеров тесно взаимодействовать друг с другом для создания и совершенствования различных компонентов и используемых технологий. Совмещение разных концепций в одно архитектурное решение дает возможность распространяться определенным моделям персональных компьютеров на рынке, позволяет различным компаниям спроектировать пакеты программ, которые в любом случае подойдут для персонального компьютера.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Классический вариант архитектуры компьютера
Первоначальный состав архитектуры компьютера был предложен ученым Нейманом, который был известным математиком. Он изложил основные принципы конструирования персональных компьютеров, учитывая их логическую структуру. Эта методология, которую предложил Нейман, взята за основу классической архитектуры персонального компьютера. В его состав должны входить следующие основные элементы:
В соответствии с этой структурой, должен быть соблюден определенный порядок работы элементов компьютера. Изначально производится загрузка информации в память компьютера из программы, что выполняется. Для ввода данных используются внешние устройства компьютера. После этого блок управления переносит эти данные из блока памяти в блок обработки информации. Обработка происходит с помощью различных элементов компьютера.
Современный вариант архитектуры компьютера
Архитектура современного компьютера, хоть и отличается от классического, но основана на его базе. Определяющей отличительной чертой современного персонального компьютера является наличие у него центрального процессора, который по сути есть соединением блока управления и логико-арифметического блога в единую систему.
Ранее такое соединение было практически невозможным из-за массивного размера микросхем. На сегодняшний день развитие позволило повысить степень интеграции микросхем. Стало возможным ранее невозможное, то есть помещение широкого набора функций в небольшую по размеру деталь. Архитектурой сегодняшнего персонального компьютера также предусматривается использование контроллеров. Необходимость их использования вызвана тем, что роль процессора, как основного устройства, что выполняет функцию обмена информацией с внешними устройствами, изменилась. Функция ввода-вывода информации была убрана из процессора, благодаря новым микросхемам. Была произведена разработка различных каналов обмена информацией, а также наборов микросхем, получивших позже название контроллеров.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Архитектура IBM
Но она не монополист при этом, то есть фирмы и компании, производящие компьютеры и их составляющие элементы, сами определяют состав сборки персональных компьютеров. В то же время, всегда остается возможным осовременить свой персональный компьютер, заменив комплектующие на более продвинутые. Реализация технологии открытой архитектуры современных компьютеров стала возможной благодаря быстрым темпам прогресса.
Программное обеспечение и его структура в компьютерах на базе архитектуры IBM
Основной особенностью, по которой можно определить, что персональный компьютер относятся к платформе IBM, есть его возможность работать на различных операционных системах. Это является возможным за счет открытой структуры данной архитектуры. В компьютерах с архитектурой IBM используются операционные системы Linux, Windows в различных конфигурациях, а также, помимо того, разные операционные системы, совместимые с аппаратным оснащением персонального компьютера с такой архитектурой.
На платформе IBM используется стандартная система ввода-вывода данных, именуемая BIOS, которая входит состав всех персональных компьютеров. Её задачей является обеспечение исполнения основных операций персональных компьютеров, вне зависимости от типа операционной системы, установленной на них. Этот момент также является свойством открытости архитектуры на платформе IBM, авторы системы BIOS являются толерантными к производителям других операционных систем и продуктов. Само явление выпуска системы BIOS в составе различных брендов является свойством открытости платформы IBM.
Внутренняя архитектура компьютера
Вы будете перенаправлены на Автор24
Внутренняя архитектура компьютера — это структура составляющих его компонентов, их взаимосвязи и устройство.
Общие сведения
Под архитектурой понимается концепция, которая определяет модельную структуру, набор выполняемых функций и взаимные связи составляющих элементов компьютера.
Базовая система для ввода и вывода информации является комплектом основных программ, предназначенных для контроля аппаратуры в период запуска, для запуска операционной системы, а также для обеспечения информационного обмена между блоками компьютерной системы. Базовая система ввода-вывода записана в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и поэтому все, входящие в её состав программы, выполняются при включении питания компьютера.
Программы базовой системы для ввода и вывода информации влияют на основную производительность компьютера, практически всегда они скрыты от пользователя, и он не имеет к ним доступа.
Внутренняя архитектура компьютера: сущность и структура
Под асинхронной формой связи понимается передача информационных данных через неопределённые заранее временные промежутки и за один сеанс передаётся один символ. Поскольку информация передаётся через неопределённые промежутки времени, то для определения начала передачи кода и его окончания служат специальные команды, стартовый и стоповый биты.
Беспроводная связь — это обмен данными между компьютерами или устройствами на их основе без применения проводного соединения. Одним из вариантов такой связи, который поддерживается операционной системой Windows, является передача информации посредством инфракрасных лучей. Наиболее распространена связь с применением радиосигналов.
Внутренняя архитектура компьютера зависит от используемого в его основе набора интегральных микросхем (чипсета), которые спроектированы для совместного решения комплекса поставленных задач или операций. То есть в компьютерных системах чипсет является связующим элементом, который обеспечивает согласованную работу блоков памяти, центрального процессора, ввода и вывода информации и остальных блоков. Условия выбора набора микросхем определяются центральным процессором и далее они определяют уже характеристики внешних устройств.
Готовые работы на аналогичную тему
В информационных данных всех процессоров содержатся сведения о том, с каким набором микросхем (чипсетом) способен функционировать данный процессор. К примеру, процессор Core 2 Duo рассчитан на работу с чипсетом Intel® P965 Express и, соответственно, с материнскими платами, использующими данный чипсет.
Под материнской платой понимается конструкция, состоящая из печатной платы с многослойным печатным монтажом, на которой располагаются все главные составляющие элементы персональных компьютеров, а именно микросхемы:
На материнской плате расположен также комплект разъёмов, что даёт возможность подключить другие дополнительные микроконтроллеры посредством специальных шин обмена данными (USB, PCI, PCI-Express).
Оперативное запоминающее устройство предназначается для оперативного (временного) сохранения информации и команд, которые нужны центральному процессору для осуществления необходимых операционных действий. Обмен данными с центральным процессором оперативная память выполняет через специальную память кеш или напрямую без посредничества. Всем ячейкам оперативной памяти присваивается личный адресный код. Блок оперативной памяти может быть выполнен в виде отдельной платы, или находиться в составе структуры однокристальной электронной вычислительной машины, или в микроконтроллере.
В постоянное запоминающее устройство записано программное обеспечение, которое запускается на выполнение непосредственно после включения питания. Чаще всего, ПЗУ загрузки имеет в своём составе базовую систему ввода-вывода (BIOS), но возможны и другие варианты программного обеспечения.
В состав архитектуры компьютера входит также центральное вычислительное устройство или просто центральный процессор, который является исполнительным механизмом всех операций и процедур, задаваемых программным обеспечением.
Сегодня центральные процессоры, как правило, реализованы на одной микросхеме, выполняющей все необходимые функции и называемой микропроцессором. Начиная примерно с середины восьмидесятых годов двадцатого века микропроцессоры стали повсеместно использоваться как центральные процессоры и эти термины практически сегодня стали синонимами. Но на самом деле и на сегодняшний день существуют такие суперкомпьютеры, центральные процессоры которых состоят из набора больших и сверхбольших интегральных микросхем. В прошлом центральные процессоры проектировались как комплектующие конкретных компьютерных комплексов, систем и были по-своему уникальны. Затем промышленные компании, выпускающие компьютеры, начали серийно изготавливать типовые классы процессорных блоков многоцелевого назначения, что экономически было существенно выгоднее. Направление на выработку стандартов для компьютерной комплектации появилось во время стремительного прогресса полупроводников, а с ростом выпуска интегральных микросхем набрало ещё большую популярность. Технология микросхем дала возможность в разы нарастить сложность центральных процессоров и при этом существенно уменьшить их геометрические размеры.
Под видеокартой понимается блок (чаще всего в виде отдельной платы), который преобразует файлы изображений, хранящихся в устройствах памяти, в сигнал в формате видео, поступающий далее на дисплей. Как правило, платы видеокарт вставляются в специальный разъём на материнской плате, но есть исполнения, где видеокарта входит в состав материнской (системной) платы. Сегодня видеокарта — это не только вывод изображений на экран монитора, но и дополнительная обработка файлов с помощью графических микропроцессоров, снимая с центрального процессора выполнение этой задачи.
Архитектура персонального компьютера
Урок 2. Информатика и ИКТ 11 класс (к учебнику Н. Д. Угриновича)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Архитектура персонального компьютера»
На этом уроке мы с вами познакомимся с магистрально-модульным принципом построения компьютера, узнаем, что относится к основным логическим узлам компьютера, рассмотрим, какие устройства находятся на материнской плате, и многое другое.
Компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
К основным логическим узлам компьютера относятся центральный процессор, основная память, внешняя память, периферийные устройства.
Персональные компьютеры начали появляться благодаря развитию микропроцессоров в 1980-х годах.
Архитектура персонального компьютера – это логическая организация, структура и ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определённый интервал времени.
В основе архитектуры современных персональных компьютеров лежит магистрально-модульный принцип. Давайте рассмотрим рисунок.
Итак, перед вами изображена архитектура персонального компьютера. На ней изображены функциональные блоки персонального компьютера, к которым относятся устройства ввода/вывода, внешние запоминающие устройства, центральный процессор, память и видеопамять. Все эти блоки соединены между собой информационной магистралью, которая называется системной шиной. Она состоит из трёх частей: шина данных, шина адреса, шина управления. Шина данных используется для передачи данных к функциональным блокам. Шина адреса предназначена для передачи адресов устройств, которым передаются данные. И последняя, шина управления используется для передачи управляющих сигналов, которые синхронизируют работу разных устройств. То есть через шину передаются все данные от одного устройства к другому.
Также на рисунке у нас есть такие элементы, как контроллеры. Контроллеры – это периферийные устройства, которые управляют внешними устройствами. Передача всех данных осуществляется через шину.
Также мы можем видеть на рисунке сплошные и пунктирные стрелки. Сплошными стрелками изображены направления потоков информации, а пунктирными – направление управляющих сигналов.
В этой архитектуре существует такое значительное достоинство, как принцип открытой архитектуры. То есть мы можем подключать к компьютеру новые устройства или заменять старые на более современные. Для каждого типа и модели устройства используется свой контроллер.
Например, если мы подключим компьютерную мышь через USB-порт, то она определится у нас на компьютере только после установки в операционную систему специальной программы для управления этим устройством. Такие программы называются драйверами устройств.
Таким образом, можно сформулировать следующее определение: открытая архитектура персонального компьютера – это архитектура, предусматривающая модульное построение компьютера с возможностью добавления и замены отдельных устройств.
Это то, что касается принципов обмена информацией между устройствами.
Материнская плата – это сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы.
Изначально дополнительные устройства (например, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-fi, звуковая плата и так далее) подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъёмов.
В наше время такая необходимость отпала, так как большинство дополнительных устройств уже встроены в современные материнские (системные) платы.
Основными (несъёмными) частями материнской платы являются разъём процессора, разъёмы оперативной памяти, микросхемы чипсета, загрузочное ПЗУ, контроллеры шин и их слоты расширения, контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.
Важнейшей частью материнской платы является чипсет. Чипсет – это набор микросхем, который связывает память, процессор, видеоадаптер, устройства ввода/вывода и другие элементы персонального компьютера, для выполнения совместных функций.
В современных компьютерах находятся две основные большие микросхемы чипсета: контроллер-концентратор памяти (северный мост) и контроллер-концентратор ввода/вывода (южный мост).
Давайте рассмотрим схему архитектуры персонального компьютера.
Северный мост отвечает за работу процессора с оперативной памятью и видеосистемой. От его параметров (тип, частота, пропускная способность) зависят параметры подключённых к нему устройств: системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера. Северный мост подключается напрямую к центральному процессору через системную шину.
Южный мост обеспечивает работу с внешними устройствами и обычно подключается к центральному процессору через северный мост при помощи внутренней шины.
Все устройства компьютера соединены между собой шинами различных видов.
Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются. Быстродействие устройства, в свою очередь, зависит от тактовой частоты обработки данных, которая обычно измеряется в мегагерцах, и разрядности. Разрядность – это количество битов данных, обрабатываемых за один такт. Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, которые синхронизируют работу устройств компьютера.
Пропускная способность шины – это скорость передачи данных между устройствами, которые она соединяет. А исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что скорость передачи данных различных шин будет также отличаться. Рассмотрим формулу для вычисления пропускной способности шины (измеряется в битах в секунду). Она равна произведению разрядности шины и частоты шины. Разрядность измеряется в битах, частота – в герцах, в свою очередь, 1 герц равен 1 такту в секунду.
Например, для быстрой работы компьютера пропускная способность шины оперативной памяти должна совпадать с пропускной способностью шины процессора.
Как говорилось ранее, Северный мост связан с процессором системной шиной. Например, если разрядность системной шины составляет 64 бита, а частота – 1066 МГц, то пропускная способность будет равна:
64 · 1066 = 68 224 Мбит/с ≈ 66,6 Гбит/с ≈ 8 Гбайт/с.
Перейдём к частоте процессора. Тактовая частота процессора показывает, сколько процессор может произвести вычислений в единицу времени. Из этого следует вывод, что чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор. Тактовая частота современных процессоров составляет от 1 до 4 ГГц. Рассмотрим формулу. Тактовая частота равна произведению внешней или базовой частоты на определённый коэффициент. Коэффициент зависит от характеристик процессора. Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20. Значит, тактовая частота будет равна:
Шина памяти соединяет оперативную память и северный мост, и, соответственно, служит для передачи данных между этими устройствами.
Частота шины памяти может быть больше частоты системной шины.
Следующая шина, которую мы рассмотрим, – PCI Express. Она соединяет видеоплату с северным мостом.
Так как в наше время очень быстро развивается компьютерная графика, то потребность в скорости передачи данных от видеоплаты к оперативной памяти и процессору возрастает. Наибольшее распространение получила шина PCI Express – это ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств. Её пропускная способность может достигать до 32 гигабайт в секунду.
К самой же видеоплате с помощью аналогового разъёма VGA (графический адаптер) или цифрового разъёма DVI (цифровой видеоинтерфейс) подключается монитор или проектор.
Жёсткие диски, CD-дисководы, DVD-дисководы подключаются к южному мосту при помощи шины SATA – это последовательная шина подключения накопителей.
Скорость передачи данных по ней может достигать 300 Мбайт в секунду.
Для подключения периферийный устройств (принтера, клавиатуры, сканера и других), которые имеют USB-выход, к южному мосту используется шина USB – это универсальная последовательная шина.
Её пропускная способность достигает 60 Мегабайт в секунду. При помощи шины USB к компьютеру можно одновременно подключить до 127 периферийных устройств.
При увеличении производительности процессора происходит увеличение производительности самого компьютера.
Увеличение производительности процессора происходит за счёт увеличения частоты. Но, как говорится, всему есть свой предел. При увеличении частоты процессора происходит также увеличение тепловыделения, которое не может быть не ограниченным. Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности P, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты.
Поэтому для того, чтобы увеличить производительность процессора, начали увеличивать количество ядер процессора (арифметических логических устройств).
В 2005 году был создан первый двухъядерный микропроцессор. Это сделали практически одновременно две фирмы – Intel и AMD. Такая архитектура позволяет производить на персональном компьютере параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность. Можно сказать, что в архитектуре находятся 2 центральных процессора, работа которых согласована между собой, и они объединены между собой, например, контроллером. За счёт этого поток данных идёт не к одному центральному процессору, а разделяется на два. И увеличивается быстродействие компьютера.
В настоящее время количество ядер в микропроцессорах достигает 8.
А сейчас пришло время подвести итоги урока.
Сегодня мы с вами познакомились с магистрально-модульным принципом построения компьютера. Рассмотрели, какие устройства находятся на материнской плате. А также подробно ознакомились с архитектурой персонального компьютера.