Методика преподавания. Методические материалы к занятиям

Устройство ПК
Лекции читались в институте Менеджмента, маркетинга и финансов 2002-2003гг.
Разработчик Сазонов Д.О.

 

Стандарты, принятые при разработке ЕС ЭВМ, позволили обеспечить аппаратную и программную совместимость как внутри системы, так и с аналогичными зарубежными комплексами. Это в свою очередь обеспечило единую систему сбора, обработки и обмена информацией между пользователями внутри страны и между странами.
Малые и микро компьютеры , предназначены для построения преимущественно управляющих вычислительных комплексов создана во второй половине 70-х годов в странахчленах СЭВ. Средства СМ ЭВМ ориентированы на применение для комплексной автоматизации технологических процессов, автоматизации контроля и измерений, научных исследований, обучения, коммутации сообщений, научных и инженерных расчетов, обработки экономической и статистической информации, в локальных и территориально распределенных комплексах сбора и обработки данных.
СМ ЭВМ представляет собой агрегатную систему технических и программных средств вычислительной техники, нормативного, методического и эксплуатационного обеспечения с рациональной совместимостью и унификацией, архитектурных и конструктивных решений.
Система малых ЭВМ позволяет образовывать комплексы с различным составом оборудования и обеспечивать замену одного устройства комплекса другими, аналогичного назначения, без изменений общего функционирования комплекса.
Персональные компьютеры первые в истории вычислительной техники ЭВМ, предназначенные для индивидуального использования. Их появление позволило вычислительной машине стать доступным средством и мощным инструментом, который многократно превышает производительность умственного труда специалистов различных областей в том числе и сотрудников органов внутренних дел. До этого доступ конкретного специалиста к дорогостоящей ЭВМ был труден и неэффективен, что в особенности имело место при решении конкретных задач, связанных с его производственной деятельностью. Персональные компьютеры обеспечивают возможность создания проблемно ориентированных рабочих мест для всех специалистов и тем самым позволяют решать стоящие перед ними задачи, применяя новые высокоэффективные технологии. Таким образом, реализуется существенный экономический эффект благодаря резкому повышению производительности труда в сфере интеллектуальной деятельности.
В общем случае термин «персональный компьютер» относится к ЭВМ, характеризующимся двумя основными свойствами: доступностью (низкая стоимость, компактность, отсутствие специальных требований к условиям эксплуатации) и универсальностью (возможность этих ЭВМ решать задачи самых разнообразных классов).

Персональные компьютеры можно классифицировать по следующим признакам.
1. По структуре и организации однопроцессорные и многопроцессорными.
2. По способу использования - автономно и в сетях ЭВМ.
3. По конструктивному исполнению - в единой конструкции и в виде набора отдельных конструктивных модулей.
4. По режиму работы - однопрограммные и многопрограммные.
В соответствии с основными направлениями использования выделяют три типа ПЭВМ: бытовые, учебные и профессиональные. Бытовые ПЭВМ ориентированы на массовое применение в быту, учебные в школах, техникумах, вузах, 3профессиональные 0- на рабочих местах специалистов различного профиля.

В бытовых ПЭВМ системный блок обычно конструктивно объединен с клавишным устройством. В качестве устройства ввода-вывода используется телевизор, внешнего запоминающего устройства - кассетный магнитофон или НГМД. Учебные ПЭВМ имеют более расширенную номенклатуру внешних устройств: монохроматические или цветные дисплеи, НГМД и средства для подключения каналов связи. Профессиональные ПЭВМ имеют значительно большие функциональные возможности, обеспечиваемые за счет повышения быстродействия, разрядности, емкости оперативной памяти и внешних запоминающих устройств. Основной областью применения ПЭВМ являются автоматизированные рабочие места (АРМ) и автоматизированные бюро (учрежденческие сети). Под 2автоматизированным рабочим местом 0понимаются аппаратно-программные средства обработки информации на рабочих местах пользователей, включающие технические средства ПЭВМ и программы решения задач пользователя (функциональные пакеты прикладных программ). Автоматизированные бюро в пределах одной организации объединяют автономные АРМ отдельных пользователей в единую систему обработки данных. Технической базой автоматизированных бюро являются локальные вычислительные сети, которые позволяют:
1. создать базы данных коллективного пользования;
2. обеспечивать внутри организации передачу технических и директивных документов (электронная почта);
3. коллективно использовать для абонентов высокопроизводительные и дорогостоящие технические средства: высококачественные печатающие устройства, накопители на магнитных дисках большой емкости и т.д.
В настоящее время распространение персональных компьютеров в мире имеет постоянную тенденцию к росту. Ведущей фирмой по производству персональных компьютеров в мире считается фирма IBM, которая в 1981 году представила публике новый компьютер под названием IBM PC. Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке компьютерной техники. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Если бы он был сделан так же, как и другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года. В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип, называется принципом открытой архитектуры.
Персональные ЭВМ строятся на основе модульной конструкции, которая включает набор конструктивно законченных модулей:
1. системный модуль - конструктивно размещенные на одной пла-те центральный процессор, основная память и разъемы для подключе-ния функциональных модулей;
2. функциональные модули - конструктивно размещенные на одной плате контроллеры, адаптеры и дополнительная память, подключаемые к разъемам системного модуля.
Системный и функциональный модули совместно с блоком питания и некоторыми внешними устройствами конструктивно объединяются в единый системный блок, к которому через соответствующие разъемы подключаются выносные ВУ: печатающие и клавишное устройства, дисплеи и т.д.
Типовой состав микроЭВМ включает центральный процессор (ЦП), основную память (ОП) и внешние устройства (ВУ).
Центральный процессор 0выполняет функции обработки данных и управления в соответствии с командами программы решения задачи.
Основная память , включающая оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), используются для хранения программ и данных.
Внешние устройства обеспечивают связь пользователя с микро-ЭВМ и долговременное хранение данных.
Подключение внешних устройств к системной магистрали осуществляется с помощью специальных электронных блоков, называемых контроллерами внешних устройств . С помощью контроллеров ВУ достигается согласование алгоритмов функционирования ВУ и системной магистрали. Организация связей между ЦП, ОП и контроллерами внешних устройств в современных микроЭВМ унифицирована. _Унифицированная система электрических цепей и соединительных разъемов, алгоритмов передачи сигналов и их электрических параметров называется системным интерфейсом микроЭВМ.
Управление системной магистралью возлагается на центральный процессор микроЭВМ, который в результате последовательного чтения и дешифрации команд программы обеспечивает взаимосвязь и обмен данными между функциональными модулями через системную магистраль.
Центральный процессор (ЦП) системного устройства содержит: основной микропроцессор, основной синхрогенератор, схемы синхро-низации, внешние регистры и буферы. Конструкция системной платы позволяет дополнительно подключать арифметический сопроцессор , повышающий вычислительную мощность и производительность ПК.
Микропроцессоры связаны между собой линиями передачи данных, адресов и управляющих сигналов, образующими внутреннюю шину. Большая часть линий внутренней шины используется всеми схемами и цепями ПК. Это вызывает необходимость усиления и буферизации сигналов, как с целью временного согласования, так и для разделения некоторых из них, при подаче которых одна линия внутренней шины используется параллельно несколькими цепями. Это осуществляется с помощью внешних регистров и буферов ЦП. Линии, распространяющиеся за этими регистрами, объединены в так называемую системную шину, или канал центрального процессора, или канал ввода/вывода.
Основная память системы.Для эффективного использования памяти необходимо изучить ее организацию. Микропроцессор может адресовать 1 048 576 байт (1М байт) памяти, подразделяемой , как известно, на два основных типа: постоянную, называемую также постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и оперативную (ОЗУ). Каждому байту (ячейке) памяти присвоен свой адрес. Адресное пространство памяти охватывает адреса от 00000 до FFFFF (шестнадцатеричные).

Внутреннее тестирование после первоначального включения электропитания;
- управление обменом информацией с печатающим устройством;
- загрузка системной программы с гибкого магнитного диска;
- реализацию знакового генератора на 128 символов.
Зти функции образуют так называемую базовую систему ввода/вывода (BIOS - от английского Basic Input and Output System). Имеется два вида программ управления обменом: программы обслуживания основных прерываний (так называемые драйверы прерывания) и программы обслуживания ПУ ( драйверы периферийных устройств). Типовая драйверная программа содержит программные модули, которые управляют соответствующим устройством череэ его регистры ввода/вывода. Кроме того , в ней могут быть один или несколько драйверов прерывания, обеспечивающих связь с программами пользователя.


Системный блок, включающий центральный процессор, основную память (ОЗУ и ПЗУ), контроллеры и адаптер канала связи, строится на основе применения микропроцессорных комплектов БИС, БИС ОЗУ и ПЗУ. ОЗУ ПЭВМ являются энергонезависимыми ЗУ, у которых информация разрушается при отключении питания. Информация, размещаемая в ПЗУ, записывается при изготовлении ПЭВМ и не изменяется в течении всего периода ее эксплуатации. В ПЗУ обычно размещаются системные программы, обеспечивающие подготовку ПЭВМ к работе после включения питания,т.е. инициализацию (приведение в исходное состояние функциональных модулей), тестирование (проверка работоспособности функциональных модулей) и загрузку оперативной системы.
Средства взаимодействия пользователей с системным блоком обработки и управления включают устройства ввода-вывода, обеспечивающие диалоговый обмен информацией (диалоговые ВУ). К этому типу ВУ относятся клавишное устройство (КЛУ), печатающие устройство (ПУ), устройство отображения информации (символьный и графический дисплей).
Клавишное устройство является основным устройством ввода информации, оно обеспечивает диалоговое общение пользователя с ПЭВМ. Клавишное устройство выполняет следующие функции:
1. ввод команд пользователя, обеспечивающих доступ к ресурсам ПЭВМ в различных режимах;
2. запись, корректировку и отладку программ пользователя;
3. ввод данных и команд в процессе решения задач на ПЭВМ.
Клавишное устройство включает в себя клавиатуру и электронный блок кодирования символов клавиатуры. Клавиатура состоит из клавиш, которые можно разбить на следующие группы:
1) алфавитно-цифровые и знаковые клавиши;
2) функциональные клавиши;
3) служебные клавиши для управления перемещения курсором, для управления редактированием текстов, смены и фиксации регистров, модификации кодов клавиш.
Обработка сигналов клавиатуры включает три уровня: физический логический и функциональный . На физическом уровне осуществляется кодирование порядковых номеров клавиш (коды кодирования). На логическом уровне происходит трансляция кода сканирования в код ASCII. На функциональном уровне обеспечивается «программирование» клавиш, т.е. присваивание отдельным клавишам последовательности символов (операторы, команды и т.д.).
Символьный дисплей относится к классу внешних устройств опе-ративного вывода данных на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
В ПЭВМ символьный дисплей осуществляет:
1) вывод содержимого текстовых файлов, например, исходных мо-дулей программ на языке высокого уровня (Бейсик, Паскаль и т.д.);
2) информационное взаимодействие с пользователем при диалого-вой обработке данных.
Символьный дисплей работает на принципе сканирования электронного луча и формирования в строках растра ЭЛТ точечных изображений выводимых символов путем подсвета требуемых комбинаций точек на экране. Каждый символ формируется на матрице, имеющей 5*7, 7*9, или 10*14 точечных элементов в зависимости от типа дисплея.
Графический дисплей 0используется для для вывода информации на экран ЭЛТ в виде графических изображений различной формы. Как и в символьном дисплее, изображение графиков и чертежей на экране ЭЛТ формируется из отдельных точек. Но в отличие от символьного, где экран интерпретируется множеством матриц, в графическом дисп-лее экран ЭЛТ представляется множеством точек M*N.
Печатающие устройство 0предназначено для вывода результатов обработки информации на бумажный бланк, т.е. для документального оформления итоговых данных. Из многочисленных конструкций печата-ющих устройств в ПЭВМ наиболее широко применяются матричные зна-косинтезирующие печатающие устройства.
Средства долговременного хранения и накопления данных (внешнее запоминающие устройство) обеспечивают запись и чтение больших массивов информации, в качестве которых могут использоваться: тексты программ на языках высокого уровня, программы в машинных кодах, файлы с данными и т.д. В качестве внешних запоминающих устройств в ПЭВМ в основном используются накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НМД) типа «винчестер».
Накопители на гибких магнитных дисках 0являются основными устройствами внешней памяти ПЭВМ. Носителем информации в НГМД служит гибкий магнитный диск (ГМД), изготовленный из синтетической пленки, покрытой износоустойчивым ферролаком. Информация на ГМД размещается в последовательном коде на концентрических окружностях (дорожках), каждая из которых разбита на секторы. Сектор является единицей обмена данными между ОП и НГМД. В одном секторе может размещаться 128,256, 512 или 1024 байт данных. В ПЭВМ перечисленные форматы данных можно устанавливать программно.
ГМД имеет установочное отверстие (УО) для фиксации диска в дисководе и индексное отверстие (ИО) для идентификации начала дорожек. Для защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды ГМД помещается в прямоугольный конверт, имеющий прорезь для подвода магнитных головок (ПМГ), прорезь индексного отверстия (ПИО) и отверстие крепления ГМД в дисководе (ОКД). Информация, которая записывается на ГМД, по своему назначению подразделяется на служебную и рабочую. Служебная информация используется для управления и синхронизации работы НГМД. Она в свою очередь подразделяется на информацию, индентефицирующую дорожку, и информацию, индентефицирующую сектор. Рабочая информация представляет данные пользователя.
Емкость НГМД в ПЭВМ составляет 160 Кбайт и более в зависимости от количества магнитных головок в накопителе и плотности записи данных на ГМД. Существуют следующие разновидности НГМД: с одинарной и двойной плотностью записи; односторонние - с одной и двусторонние - с двумя МГ. В двусторонних НГМД для записи и чтения данных можно использовать обе поверхности ГМД. В соответствии с разновидностями НГМД принята и соответствующая маркировка ГМД:
SS - односторонний диск одинарной плотности; SD - односторонний диск двойной плотности; DD - двусторонний диск двойной плотности.
Наряду с НГМД развитые модели ПЭВМ комплектуются также накопителями на магнитных дисках типа «винчестер». Их отличительные особенности -герметично закрытая единая конструкция диска, магнитных головок чтение-записи и их привода, небольшой зазор (по сравнению с обычными НДМ) между магнитными головками и поверхностью диска(0,5 мкм), небольшое давление прижима магнитной головки (10 г по сравнению с 350 г в обычных НМД), малая толщина магнитного диска.
Герметично закрытая конструкция увеличивает в 2 раза надежность работы по сравнению с обычным НМД. Уменьшение зазора между поверхностью диска и магнитными головками значительно увеличивает продольную и поперечную плотность записи. НМД типа «винчестер» считаются третьем поколением НМД и имеют близкие к предельным характеристики. Так, НМД диаметром 356 мм на одной поверхности может включать до 1770 дорожек (1300 Мбайт информации).
Средства подключения к каналам связи (телекоммуникационные средства) включают аппаратуру передачи данных (АПД), с помощью которой ПЭВМ может осуществлять обмен информацией с другими ЭВМ по каналам связи. Телекоммуникационные средства подключают ПЭВМ к большим ЭВМ и сетям ЭВМ, в результате обеспечивается доступ пользователей ПЭВМ к информационным ресурсам больших ЭВМ и сетей ЭВМ.