Основные устройства компьютера

В ходе развития и совершенствования вычислительной техники фундаментальные принципы устройства компьютеров (вычислительных машин) изменились мало. (Рис.)

Процессор

Центральным устройством компьютера, которое выполняет обработку всех видов информации, является процессор. Каждый процессор может выполнять ограниченный (хотя и большой) набор инструкций, который называется системой команд процессора. Работа компьютера состоит в выполнении последовательности таких команд, образующих программу.

Сам процессор состоит из нескольких тесно связанных устройств, реализованных в виде одной микросхемы. Среди них принято выделять арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции, и устройство управления (УУ), отвечающее за выборку команд и порядок их выполнения. Выбор следующей программной инструкции для исполнения может зависеть от данных, обрабатываемых в данный момент.

Обрабатываемые данные процессор хранит во внутренних ячейках памяти, называемых регистрами. Число регистров процессора не очень велико. Сама программа и нужные для ее работы данные не могут храниться внутри процессора. Для этой цели используются другие устройства, которые часто описывают общим термином память.

Память

Память разделяют на две категории: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная). Нередко термин память относят только к первой категории.

Оперативная память строится на основе быстродействующих электронных схем. Сегодня для их изготовления применяют самые совершенные технологии. Оперативная память содержит данные, обрабатываемые процессором, и команды. Процессор может выбирать данные из памяти и записывать их в нее. Оперативную память можно представить себе как большой массив ячеек, каждая из которых имеет определенный числовой адрес. Адреса ячеек памяти принято записывать шестнадцатеричными числами.

Процессор может обратиться к любой ячейке памяти. В персональных компьютерах минимальная адресуемая единица оперативной памяти — байт. Многие команды процессора работают с более крупными фрагментами оперативной памяти: словами (2 байта), двойными словами (4 байта), учетверенными словами (8 байт).

Наряду с оперативной памятью в адресное пространство процессора входят и некоторые другие виды памяти — из них он тоже может черпать как данные, так и программный код. В первую очередь это постоянная память (ПЗУ) – энергонезависимая память, доступная только для чтения. В виде ПЗУ реализован модуль системы ввода-вывода. Он содержит средства самопроверки и запуска компьютера после включения.

Запоминающие устройства

При выключении питания компьютера вся находившаяся в оперативной памяти информация теряется. Чтобы сохранить результаты работы, применяют внешние запоминающие устройства. Среди таких устройств наиболее распространены дисковые. В жестких и гибких дисках применяется магнитный способ записи и чтения данных, в других устройствах (например, компакт-дисках) — оптическое считывание при помощи лазера.

В конструкции внешних запоминающих устройств имеются механические компоненты, из-за чего их быстродействие заметно ниже, чем у электронной оперативной памяти. Это компенсируется огромными объемами внешних запоминающих устройств и способностью длительного хранения информации. Данные хранятся на внешних устройствах в форме, удобной для компьютерной обработки. Человек не может использовать эти данные напрямую.

Устройства ввода-вывода

Система, состоящая из процессора и присоединенных к нему устройств памяти, уже работоспособна. Но она имеет важный недостаток — отсутствие связи с внешним миром. Компьютер должен принимать данные и команды извне и выдавать результаты своей работы в удобном для человека виде. Для взаимодействия с пользователем-человеком или с другими устройствами используются устройства ввода и вывода.

Наиболее универсальным устройством вывода, способным представлять текстовую и графическую информацию, является монитор. Другое распространенное устройство вывода отображает данные на бумаге — это принтер. Для вывода сложных чертежей и схем большого формата применяют плоттеры. Звуковую информацию воспроизводят с помощью акустических колонок или наушников.

Простейшим устройством ввода данных (или команд) является клавиатура. Она служит для ввода числовой и текстовой информации. Ввод графических данных и диалоговое управление компьютером обеспечивают устройства-манипуляторы. Они позволяют указать место ввода данных прямо на экране монитора. К ним относятся мышь, трекбол, джойстик и другие. Близки по назначению сенсорные устройства ввода: световое перо, графический планшет, сенсорный экран, сенсорный манипулятор (тач-пад).

Существует множество других устройств, предназначенных для ввода информации в компьютер. Например, для ввода в компьютер изображений применяют сканеры и цифровую фото- и видеотехнику. Вариантом сканера является устройство распознавания штрих-кодов и других специальных меток.

При наличии микрофона в компьютер могут быть введены звуковые данные. Некоторые устройства могут распознавать речь и превращать произнесенные слова в текст.

Устройства связи

Для современных компьютеров также крайне важно наличие устройств связи. Такие устройства организуют взаимодействие компьютеров между собой без посредничества человека. Сетевые адаптеры служат для передачи данных между компьютерами по специально проложенным линиям. Применение модемов и родственных устройств (кабельных модемов, xDSL-модемов и других) позволяет передавать данные по телефонным линиям.

Соединение устройств

Современные компьютеры построены по модульному принципу. Для соединения устройств между собой используются специальные линии связи, которые принято называть шинами (это инженерный термин). Современный персональный компьютер насчитывает внутри до девяти различных шин, из которых самой важной является так называемая локальная шина — она связывает между собой процессор и оперативную память. Прочие шины подключаются через систему устройств, называемых «мостами», и служат для связи с другими внутренними устройствами.

Локальная шина процессоров Intel Pentium конструктивно состоит из трех шин:

¦ шина адреса (32-разрядная, имеет 32 дорожки) — с ее помощью процессор подключается к конкретным ячейкам оперативной памяти;

¦ шина данных (64-разрядная) — по ней процессор копирует данные между своими регистрами и ячейками оперативной памяти (разрядность шины также называют шириной шины — она определяет, сколько бит данных процессор может скопировать в ту или иную сторону за одно обращение);

¦ шина управления (32-разрядная) — по ней процессор получает команды программы, размещенной в оперативной памяти (программа хранится отдельно от данных).

Различные устройства предназначены для последовательной или параллельной передачи данных. При последовательной передаче данные передаются побитно. Параллельная передача данных позволяет передавать данные группами, по несколько бит. Объем одной порции данных определяется шириной шины данных.

Материнская плата

Связь всех компонентов персонального компьютера между собой обеспечивает материнская плата. Набор микросхем (чипсет) материнской платы организует взаимодействие процессора и памяти, а также обеспечивает подключение всех остальных устройств компьютера. На материнской плате размещаются все системные шины и мосты.

Кроме того, в состав материнской платы входят контроллеры (микропроцессорные компоненты, обладающие своими внутренними регистрами), служащие для управления внутренними устройствами компьютера, подключаемыми к шинам материнской платы. В частности, стандартные контроллеры обслуживают работу клавиатуры, мыши, дисководов.

Внутренние устройства

Для взаимодействия с некоторыми устройствами обычно применяют карты расширения. Эти карты (платы) подключаются к шинам материнской платы путем их размещения в специальных гнездах, имеющихся на материнской плате. Например, для выдачи информации на монитор применяют видеоадаптер. Современные видеоадаптеры содержат видеопроцессор и видеопамять. Видеопроцессор участвует в построении изображения, снижая нагрузку на основной процессор. Видеопамять нужна для хранения образа экрана и вспомогательных данных, необходимых при формировании изображения.

Для работы со звуком современные компьютеры оснащены звуковыми картами. Звуковая карта позволяет подключить к компьютеру звуковые колонки или наушники, внешний усилитель звука, микрофон или даже электронный музыкальный инструмент.

Периферийные устройства

Устройства, расположенные вне корпуса компьютера, называют периферийными. Чаще всего периферийные устройства используются для ввода или вывода данных. Периферийные устройства подключаются к отдельным разъемам, которые обычно располагаются на задней стенке компьютера. Принято говорить о портах для подключения внешнего оборудования. Понятие «порт» включает в себя не только разъем, но и управляющий контроллер и предполагает возможность программного управления.

Исторически, персональные компьютеры имеют последовательные порты (СОМ-порты), к которым обычно подключают мышь или модем, и параллельный порт (LPT-порт) для подключения принтера. У современных компьютеров появились и другие стандартные порты. Например, порты PS/2 служат для подключения современных моделей мыши или клавиатуры, а порты USB представляют собой новое поколение высокоскоростных портов последовательного доступа.

Статьи к прочтению:

Устройства компьютера

Похожие статьи: