В состав внутреннего устройства архитектуры персонального компьютера входит что

Обновлено: 15.01.2025

В повседневное использование всё чаще входит понятие «архитектура персонального компьютера», но что оно в себя включает? По факту, это – функциональная система, которая сочетает в себе структурные элементы персонального компьютера (начиная от логических узлов и заканчивая схемами) и его программное обеспечение.

В основе работы современных компьютеров лежит программное управление, которое является базовым принципом их работы. Архитектура компьютера актуализируется в результате создания связей между частями компьютера, а именно – между логическими узлами и другими устройствами. Так, к логическим уздам можно отнести как оперативное запоминающее устройство, так и внешние, и периферийные устройства.

Истоки

Одной из первых появилась в середине прошлого века классическая архитектура персонального компьютера, авторство которой принадлежит Д. Нейману. В статье, изданной Д. Нейманом, Г. Голдштейном и А. Бёрксом были изложены основы конструкции и работы ЭВМ, благодаря этим знаниям и появились новые устройства, которые к нашему времени стали повсеместно доступны и распространены. Конечно, каждый новый выпуск устройств отличался от предыдущего: его характеристики улучшались, модифицировались, добавлялись новые функции, но основа, которой являются сформулированные принципы, оставалась неизменной.

Данные принципы заключаются в следующем:

Машинам гораздо проще использовать двоичный код счисления и руководствоваться им при выполнении различных операций.
Для корректной и системной работы компьютера, ему необходима операционная система. Она служит некой главной программой, которая запускает и контролирует внутренние процессы устройства. Без открытия этого факта, было бы невозможным развитие программирования, так как операционная система в современных компьютерах является базисом его работы.
У персонального компьютера есть память, которая позволяет хранить какой-то объём данных, включая различные программы. При этом все данные и произведённые с ними операции кодируются в двоичном коде.
Благодаря тому, что каждая ячейка памяти имеет свой адрес, компьютер в любой момент времени может обратиться к какой-то из них. Данное открытие позволило программированию перейти к использованию переменных.
Любая часть кода доступна практически в любой момент. Это доказывается тем, что при использовании какой-либо программы, пользователь имеет возможность перейти к использованию другой. Причём эти процессы происходят параллельно друг другу.

Главная особенность заключается в том, что аппаратура остаётся статичной, в то время как набор программ может меняться.

Структура персонального компьютера, предложенная Д. Нейманом, изображена на данной схеме (рис. 1).

Рисунок 1. Структура персонального компьютера

Таким образом, в состав компьютера входили такие части как внешнее и оперативное запоминающее устройство, устройство ввода, устройство вывода, устройство управления (координация) и устройство выполнения арифметико-логических операций.

Последовательность работы компьютера

В запоминающее устройство вводились данные и программы.
Через устройство арифметико-логических операций проходили данные из запоминающего устройства. Запись в память происходила посредством последовательных команд, направляющих содержимое в ячейки, чего не сказать о данных обработки, которые направлялись в ячейки произвольно.
Из арифметико-логического устройства результаты обработки переходят в запоминающее устройство, если информацию сохраняют, или в устройство вывода, если её нужно распространить. Особенность здесь заключается в том, что все команды кодируются в понятном для компьютера формате, а когда происходит вывод информации, она становится пригодной для использования человеком, и понятна ему без дешифровки.
Команда для компьютера заключается в том, что необходимо установить связь между запросом пользователя и адресом ячейки. Таким образом реализуется определённая операция, которая проводит эту связь и записывает результат, в зависимости от запроса, в определённую ячейку. Затем эта память остаётся на хранение в запоминающем устройстве.
В управляющем устройстве содержится ячейка, которая позволяет В случае с управляющим устройством, команды могут быть двух видов – поступающие от управляющего устройства и получаемые управляющим устройством результаты команд. После обработки команды управляющего устройства, содержимое ячеек помещается в регистр команд, что даёт ему возможность зафиксировать процессы, проходящие в памяти и проконтролировать их. Тем не менее, все операции на этом этапе переходят в компетенции арифметико-логических операций и аппаратных средств.
Затем счётчик команд увеличивает показатели на 1 соответствующе и прописывается новая команда. При этом возможен переход из определённой ячейки в конкретно отведённую, то есть в командах есть последовательность.

Архитектура современных компьютеров: структура и принципы работы

В качестве основополагающего условия работы персональных компьютеров в наше время можно назвать работу по магистрально-модульному принципу. Это реализуется за счёт того, что персональный компьютер состоит из модулей, каждый из которых является самобытной единицей. К таковым можно отнести, например, принтер или даже процессор.

Архитектура современного компьютера позволяет компоновать аппаратуру и делать самостоятельный выбор в пользу использования тех или иных средств – она открыта и предполагает возможность встраивания в систему дополнительных средств для достижения установленных целей и реализации задач.Установленный принцип позволяет пользователю самостоятельно определять комплектацию своих устройств и даже самостоятельно обновлять их. Магистральный аспект позволяет качественно и своевременно обмениваться информацией при помощи установления связей, за что отвечает магистральная шина. Она представляет собой элемент, располагающийся на материнской плате.

Примечание 1
Принципа архитектуры компьютера постоянно усовершенствуется для того, чтобы иметь возможность устанавливать всё новые и новые связи, при этом делать это быстро, мобильно и качественно. Современные потоки информации предполагают совершенствование аппаратных средств. Все команды компьютера реализуются за счёт средств системной памяти, поэтому в связке с процессором, ускорение процесса обмена информацией между элементами компьютера, приводит к ускорению работы компьютера, в целом.

Однако существует одна важная деталь: чтобы эти процессы проходили быстрее, необходимо учитывать скоростные возможности магистрали. Как же решить эту задачу? Решение нашлось. Чтобы ускорение стало возможным, необходимо подключить системную память не к магистрали, а к высокоскоростной шине. В связи с особенностями работы этого элемента, обмен будет реализовываться проще и быстрее.

Таким образом, использование компьютера с магистралью сходит на нет и на смену ему приходит компьютер с шиной, а затем – с тремя шинами. Что мы и имеем на данный момент времени.

Рисунок 2. Трехшинная структура ПК

Процессор в современных компьютерах состоит из управляющего устройства и арифметико-логического устройства. Если спустится ещё на один структурный уровень, то структуру процессора, в частности, составляют интегральные схемы. В зависимости от количества этих схем, можно говорить о микропроцессорах или микропроцессорных комплектах.

Многопроцессорная архитектура ПК: особенности и нюансы

Если в компьютере несколько процессоров, то его работа выглядит следующим образом – много различных потоков информации реализуются одновременно. Конечно, такие компьютеры имеют преимущества перед компьютерами с одним процессором.

Рисунок 3. Архитектура многопроцессорного ПК

Устройство компьютера: архитектура с параллельными процессорами

В такой архитектуре работает одно управляющее устройство, но под его управлением находятся несколько арифметико-логических устройств. Это подразумевает то, что команд много, но все они обрабатываются аналогичным образом.

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

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

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:

центрального процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ),
постоянного запоминающего устройства (ПЗУ),
микроконтроллеров основных интерфейсных блоков ввода и вывода данных.

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.

Внутренней архитектурой компьютера называется структура его элементов, их устройство и взаимосвязь между ними.

Общие понятия

Архитектура компьютера - это концептуальная модельная структура его элементов, взаимосвязи между его компонентами и ряд функций, которые они выполняют. Базовая система ввода-вывода информации - это комплекс базовых программ, разработанных контролировать аппаратуру в момент запуска компьютера, запуска его операционной системы и производства обмена данными между различными элементами системы.

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.

Асинхронная связь - это такой процесс передачи данных, который происходит через неопределённые промежутки времени, и при этом передаётся один символ в один сеанс.

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:

микросхема центрального процессора;
микросхемы оперативного и постоянного запоминающих устройств;
микросхемы контроллеров блоков ввода-вывода данных.

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.

Ещё одной составляющей внутренней архитектуры компьютера является центральный процессор, который является центральным вычислительным устройством. Этот механизм выполняет абсолютно все операции, которые задает программное обеспечение.

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.

Видеокарта – это такой блок (обычно отдельная плата), который разработан для преобразования файлов изображения, находящихся в памяти, в сигналы формата видео, выводящиеся на дисплей.

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 персонального компьютера определяется в первую очередь его внутренним устройством: центральным процессором и подсистемами памяти, внутримашинным интерфейсом, а также подсистемами ввода-вывода информации (рис. 3.3).

Центральным блоком персонального компьютера является микропроцессор, управляющий всеми другими устройствами компьютера и выполняющий арифметические и логические операции с данными. В состав микропроцессора входят:

• устройство управления (УУ), формирующее па основе опорных сигналов тактового генератора сигналы управле-

Рис. 3.3. Структурная схема персонального компьютера

ния, а также адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передающее их в соответствующие блоки;

• арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над данными;
• микропроцессорная память (МПП), служащая для кратковременного хранения, записи и выдачи данных, непосредственно используемых в вычислениях в ближайшие такты машины. Микропроцессорная память реализована в виде регистров – быстродействующих устройств, предназначенных для временного хранения данных ограниченного размера. Как правило, регистры имеют ту же разрядность, что и машинное слово (двоичное число, обрабатываемое за один такт);
• интерфейсная система микропроцессора (ИСМ), реализующая сопряжение (связь) микропроцессора с другими устройствами компьютера. Включает внутренний интерфейс микропроцессора, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

Основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой, является системная шина (магистраль), в состав которой входят следующие компоненты:

• шина данных для параллельной передачи всех разрядов машинного слова данных;
• шина адреса из проводов и схем сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
• шина управления для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

• между микропроцессором и основной памятью;
• микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
• основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки компьютера (их порты ввода-вывода) через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется, как правило, контроллером шины, формирующим основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память компьютера предназначена для хранения и оперативного обмена информацией между блоками компьютера. Содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ):

• ПЗУ хранит неизменяемую (постоянную) программную информацию и позволяет только считывать хранящуюся в нем информацию. Здесь хранятся программы тестирования оборудования ПК, обслуживания ввода/вывода, некоторые данные и др. При выключении электропитания компьютера содержимое постоянной памяти сохраняется;
• ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в процессе работы ПК. Главное достоинство оперативной памяти – ее высокое быстродействие и возможность прямого обращения к каждой адресуемой группе из восьми ячеек памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). Память называется оперативной потому, что работает так быстро, что процессору почти не приходится ждать при чтении данных из памяти и записи в нее. При выключении питания ПК вся информация ОЗУ стирается. Объем установленной в компьютере оперативной памяти определяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недостаточном объеме оперативной памяти многие программы либо не работают, либо работают медленно.

Внешняя память ПК относится к внешним устройствам и используется для долговременного хранения информации. Устанавливаемое и все прикладное программное обеспечение компьютера хранится во внешней памяти. К внешней памяти компьютера относятся разнообразные запоминающие устройства, но основными являются накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). Назначение этих дисков – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках, флеш-карты и др.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы компьютера. Частота ГТИ – одна из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Источник питания (ИП) компьютера представляет собой блок, содержащий системы энергопитания узлов ПК.

К внешним устройствам персонального компьютера кроме внешней памяти относятся разнообразные устройства ввода/вывода информации, и основными здесь являются видеомонитор, клавиатура, мышь.

Читайте также: