Основные устройства компьютера

Тема 1.1. Основные понятия аппаратного и программного обеспечения компьютера

 

Основные понятия и определения

Основные устройства компьютера

Архитектура компьютера и его структурные элементы

Внешние устройства компьютера

Состав персонального компьютера

 

 

Основные понятия и определения

 

Компьютер или персональный компьютер (ПК), как известно, является универсальным устройством для хранения, обработки и передачи информации. Для этого необходимо дать компьютеру на понятном ему языке точную и подробную инструкцию – программу, которая показывает, как и в какой последовательности надо обрабатывать ту или иную информацию.

 

Меняя программы, можно превратить компьютер в рабочее место (инструмент) для любого пользователя (бухгалтера или конструктора, дизайнера или ученого, писателя или агронома, ученого или студента). Кроме того, современная тенденция понижения стоимости компьютерной техники при одновременном росте ее производительности привела к тому, что компьютеры становятся таким же предметом домашнего обихода, как, например, телевизор или холодильник, что расширяет сферу применения ПК еще больше.

В связи с этим, требуется все более разнообразное программное обеспечение, соответствующее задачам, возникающим в новых областях применения ПК. Непрерывное повышение мощности персональных компьютеров, периферийных устройств, а также развитие средств связи, дает разработчикам программного обеспечения все больше возможностей для максимально полного удовлетворения запросов потребителей. Так появился и стал стандартом графический интерфейс для ПО. Внедрены также возможности для отправки документов и данных с помощью Интернет непосредственно из прикладных программ (Word, Excel, Access и др.). Появилась возможность использовать компьютеры как хранилища информации благодаря появлению новых видов накопителей большой емкости и малым временем доступа к данным, а также многие другие возможности и сервисные функции.

 

Сам по себе ПК не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточены в ПО – программах, выполняемых на нем. Поэтому часто употребляемое выражение «компьютер сделал» означает ровно то, что на ПК была выполнена программа, которая позволила выполнить соответствующее действие.

 

Все ПО принято делить на системное и пользовательское. Системное программное обеспечение выполняет функции «управления» как всех элементов ПК, так и подключенных к нему внешних устройств. Пользовательские программы служат для выполнения конкретных задач, возникающих во всех сферах человеческой деятельности для конкретных пользователей.

 

 

Рис. 1.1-1. Многоуровневое представление программных систем (ПК)

 

 

Рис. 1.1-2. Взаимодействие между пользователем, прикладным программным обеспечением, операционной системой и аппаратным обеспечением (оборудованием).

 

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения ПК, наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением.

 

Академические области, изучающие программное обеспечение, - это информатика, программирование, программная инженерия.

 

Многоуровневое представление ПК – модель представления ПК в виде совокупности взаимосвязанных уровней, разделенных по функциональному назначению (рис. 1.1-1).

АО - Аппаратное обеспечение ПК – комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав ПК.

 

ПО - Программное обеспечение – совокупность программ и данных, предназначенных для решения определенного круга задач, хранящихся на машинных носителях.

 

Программа– последовательность формализованных инструкций, представляющих алгоритм решения некоторой задачи, предназначенная для исполнения вычислительной машины. Инструкции программы записываются при помощи машинного кода или специальных языков программирования. В зависимости от контекста термин «программа» может относиться к исходным текстам, при помощи которых записывается алгоритм, или к исполняемому машинному коду.

 

Программист – это специалист, занимающийся разработкой программ. Различают системных и прикладных программистов.

 

Пользователь – это человек, принимающий участие в управлении объектами и системами некоторой предметной области и являющийся составным элементом автоматизированной системы.

 

Системное программное обеспечение – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и вычислительных сетей.

 

Прикладное программное обеспечение – это программное обеспечение, ориентированное на конечного пользователя и предназначенное для решения пользовательских задач. Прикладное ПО состоит из:

· отдельных прикладных программ и пакетов прикладных программ, предназначенных для решения различных задач пользователей;

· интегрированных систем, созданных на основе этих пакетов.

Пакет прикладных программ – это комплект программ, предназначенных для решения задач из определенной проблемной области. Обычно применение пакета прикладных программ предполагает наличие специальной документации: лицензионного свидетельства, паспорта, инструкции пользователя и т.п.

 

Основные устройства компьютера

Компьютерпредставляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять задачи манипулирования данными.

 

Основу всех современных компьютеров образует аппаратура (АО HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (ПО SoftWare), которые представляют собой заранее заданные, четко определённые последовательности арифметических, логических и других операций. С учетом того, что любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд,то команда –это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код(условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат,который должен быть получен в результате выполнения команды.

 

Например, у команды сложить два числа операндами являются слагаемые, а результатом - их сумма.

Совокупность команд, которые может выполнять данный компьютер, называется системой команд этого компьютера.

Разнообразие современных компьютеров очень велико: от супер больших до карманных.

 

Однако необходимо отметить, что принципы работы большинства компьютеров основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие устройства:

· Оперативную память (ОП) – оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек и выполняющую функции приёма информации из других устройств, запоминания информации и выдачи информации по запросу в другие устройства компьютера;

· Центральный процессор (ЦП), включающий в себя устройство управления(УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) и выполняющий функции обработки данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций, программного управления работой устройств компьютера;

· Устройства ввода/вывода;

· Каналы связи,по которым передается информация.

Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме (рис. 1.1-3). Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками - пути и направления передачи управляющих сигналов.

 

Рис. 1.1-3. Общая схема компьютера

 

Необходимо отметить, что та часть процессора, которая выполняет команды, называется АЛУ, а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется УУ. Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

Обычно в составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения данных или команды. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия. Например: сумматор – регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды и служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти; регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные – для хранения кодов адресов операндов.

 

В основу построения подавляющего большинства современных компьютеров положены принципы, сформулированные Дж. Нейманом:

 

Принцип программного управления.Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если необходимо после выполнения очередной команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, то используются команды условного или безусловного перехода, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды стоп.

 

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же оперативной памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции–перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

 

Принцип адресности.Структурно оперативная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.