Функциональная структура компьютера и его отдельных составляющих

Содержание:

Введение

Сегодня почти в каждом доме есть собственный компьютер, а иногда даже и не один. Уровень минимально необходимой компьютерной грамотности понижается, но при появлении мельчайшей проблемы возникают ситуации, которые разрешить может только опытный пользователь. Если проблема возникает с аппаратной частью компьютера, то необходимо разбираться в таких аспектах, как системная магистраль, порты, разъемы, уметь отличать устройства друг от друга и знать их назначение.

Актуальностью данной темы является сбор и структурирование знаний о функциональной структуре компьютера и его отдельных составляющих. Только полное знание структуры персонального компьютера и его компонентов может позволить без опасений совершать любые манипуляции с аппаратной составляющей компьютера любому пользователю.

Объектом исследования является функциональная структура персонального компьютера, предметом исследования являются основные устройства персонального компьютера.

Целью данной работы является структуризация знаний о функциональной структуре персонального компьютера с анализом его основных компонентов.

Задачами данной работы являются:

• обзор архитектуры персонального компьютера с выделением основных элементов;
• изучение структурной схемы персонального компьютера, отдельное выделение контроллеров и системной магистрали;
• рассмотрение основных устройств персонального компьютера.

В основу исследования легли книги по архитектуре персональных компьютеров из серии «Классика Computer Science» всемирно известных авторов, таких как Э. Таненбаум, Д. Паттерсон и Д. Хеннесси.

1. Общая структура компьютера

1.1. Функциональная структура компьютера

Функциональная структура электронно-вычислительных машин включает в себя состав аппаратного обеспечения персонального компьютера и программно-математическое обеспечение. Структура электронно-вычислительной машины является совокупностью элементов и связей между ними. Современные ЭВМ построены на принципе программного управления^[1].

Основоположником учения об архитектуре вычислительных машин считается Джон фон Нейманом. Совокупность принципов данного учения породила классическую архитектуру ЭВМ, названную фон-неймановской.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства электронно-вычислительных машин, но и предложил ее структуру^[2]. Схема данной структуры представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Фон-неймановская структура логического устройства ЭВМ

У Фон Неймана были выделены шесть основных положений.

1. Компьютер состоит из шести основных типов устройств, среди которых арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, внешнее запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство и устройства ввода и вывода
2. Арифметико-логическое устройство должно выполнять арифметические и логические действия, которые необходимы для переработки хранящейся в памяти информации^[3].
3. Управляющее устройство должно обеспечивать контроль и управление всеми устройствами компьютера. На рисунке 2 пунктирными стрелками указаны управляющие сигналы.
4. Хранящиеся в запоминаемом устройстве данные должны быть представлены в двоичной форме.
5. Задающая работу компьютера программа должна храниться одном запоминающем устройстве с данными.
6. Устройства ввода и вывода должны использоваться для ввода и вывода информации^[4].

Одним из важнейших принципов является принцип хранимой программы, требующий закладывание программы в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

Процессор в современных процессорах ЭВМ образует арифметико-логическим устройством и устройством управления. Процессор, состоящий из одной или нескольких больших интегральных схем, называется микропроцессорным комплектом или микропроцессором^[5].

Процессор является функциональной частью ЭВМ, которая выполняет основные операции по управлению работой других блоков и обработке данных. Процессор преобразует информацию, которая поступает из внешних устройств и внутренней памяти.

Запоминающими устройствами обеспечивается хранение промежуточных и исходных данных, программ и результатов вычислений. Они включают внешние, постоянные, сверхоперативные и оперативные запоминающие устройства^[6].

Оперативные запоминающие устройства хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время. В сверхоперативных запоминающих устройствах хранятся наиболее часто используемые процессором данные. Только та информация, которая хранится в сверхоперативных запоминающих устройствах и оперативных запоминающих устройствах непосредственно доступна процессору.

Внешние запоминающие устройства имеют емкость намного больше емкости оперативных запоминающих устройств, но с существенно более медленным доступом. Внешние запоминающие устройства используются для длительного хранения больших объемов информации, такой как, операционная система, которая хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть операционной системы загружается в оперативное запоминающее устройство и находится там до завершения сеанса работы компьютера^[7].

Перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства и постоянные запоминающие устройства предназначаются для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например в BIOS.

В качестве устройства ввода информации может служить, например клавиатура. В качестве устройства вывода может служить дисплей, принтер и другие подобные устройства^[8].

В ЭВМ, построенной по схеме фон Неймана, происходит последовательное считывание и выполнение команд из памяти. Адрес очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством, которое является счетчиком команд в устройстве управления^[9] [8, 10, 12].

1.2. Структурная схема компьютера

Основным устройством компьютера является материнская плата, так как она определяет его конфигурацию. Все устройства компьютера подключаются к этой плате с помощью разъемов, которые расположенных на ней. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с помощью системной магистрали, которая представляет собой линии передачи управления, адресов и данных^[10].

Ядро компьютера образуется центральным микропроцессором и основной памятью, которая состоит состоящая из постоянного запоминающего устройства и оперативной памяти.

Подключение всех внешних устройств, таких как монитор, принтер, клавиатура, мышь и внешние запоминающие устройства обеспечивается через карты, адаптеры, контроллеры^[11] [6, 8, 10].

Схема подключения внешних устройств через системную магистраль представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема подключения внешних устройств через системную магистраль

1.2.1. Системная магистраль

Системной магистралью или компьютерной шиной в архитектуре компьютера называют подсистему, которая служит для передачи данных между функциональными блоками компьютера. Шина устроена таким образом, что в ней выделяют логический, электрический и физический уровни^[12].

Основным назначением шины является возможность подключения нескольких устройств по одному набору проводников, что отличает ее от соединения точка-точка. У каждой шины существует собственный набор соединений для физического подключения кабелей и устройств^[13].

Шины в первых компьютерах являлись связанными пучками соединительных сигнальных проводов и проводов питания, которые реализовывали базовые функции параллельных электрических шин с несколькими подключениями. В современных вычислительных системах данный термин используется для любых физических механизмов, которые предоставляют такую же логическую функциональность, как параллельные компьютерные шины^[14].

Современные компьютерные шины используют как последовательные, так и параллельные соединения и могут иметь цепные и параллельные топологии. Некоторые шины также допускают использование концентраторов.

Большое количество используемых на сегодняшний день скоростных шин используют оптические, а не электрические соединения для передачи сигналов. В качестве примеров таких шин можно привести SDH, Fibre Channel, скоростной Ethernet и InfiniBand^[15].

Шины устроены таким образом, что разъемы и другие присоединители унифицированы, позволяя подключать к шине различные виды устройств.

Передачей данных по шине может управлять либо ядро операционной системы, в таком случае к нему прилагается соответствующий драйвер, либо управление реализуется на уровне прохождения сигнала.

По одной из классификаций шины разделяют на параллельные и последовательные. Параллельные шины переносят данные по словам, которые распределены между несколькими проводниками, а последовательные шины переносят данные побитово^[16].

Также различают внутренние и внешние шины. Внешние шины подключают к материнской плате внешнюю периферию, а внутренние подключают внутренние компоненты компьютера. Тип внутренних шин также называется локальной шиной, так как она служит для подключения локальных устройств.

Иногда в качестве шин также рассматривают сетевые соединения, такие, как InfiniBand и HyperTransport^[17] [8, 9, 10, 12].

1.2.2. Контроллеры

Процессору для обработки доступна только информация, хранимая в оперативном запоминающем устройстве, поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились и данные и программа.

В компьютере информация с внешних устройств пересылается в оперативное запоминающее устройство, а результаты выполнения программ с оперативного запоминающего устройства также выводится на внешнее устройство^[18].

Получает, что, в компьютере должен осуществляться ввод и вывод информации между внешними устройствами и оперативной памятью. Устройства, осуществляющие обмен информацией между внешними устройствами и оперативной памятью, называются адаптерами или контроллерами, иногда картами. Карты, адаптеры или контроллеры имеют свою память и свой процессор, представляя собой специализированный процессор.

Схемы, которые управляют внешними устройствами компьютера, называемые адаптерами или контроллерами, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные слоты на материнской плате^[19] [4, 12].

По итогам данной главы можно отметить сложность функциональной структуры современных компьютеров, по сравнению с другими устройствами нашего времени. Многие методы передачи логики в электронных схемах были разработаны специально для персонального компьютера и используются только в нем.

2. Основные устройства компьютера

2.1. Центральный процессор

Центральный процессор является электронным блоком либо интегральной схемой, исполняющим инструкции машины, основная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера^[20].

Изначально термином «центрального процессорного устройства» описывался специализированный класс логических машин, которые предназначены для исполнения сложных компьютерных программ. Ввиду очень полного совпадения этого назначения с функциями компьютерных процессоров, которые существовали в то время, он стал использоваться для названия самих компьютеров^[21].

Главными характеристиками центрального процессорного устройства являются: производительность, тактовая частота, нормы используемого при производстве литографического процесса, энергопотребление и архитектура^[22].

Ранние центральные процессоры имели назначение уникальных составных частей с целью использования в уникальных или даже единственных компьютерных системах. Позже производители компьютеров перешли от невыгодной разработки узкоспециализированных процессоров к изготовлению многоцелевых устройств. В эпоху бурного развития мейнфреймов, полупроводниковых элементов и миникомпьютеров зародилась тенденция к стандартизации комплектующих, а при появлении интегральных схем она получила еще большую популярность. Путем создания микросхем была еще больше увеличена сложность центральных процессоров с одновременным уменьшением их физических размеров. Миниатюризация и стандартизация процессорных устройств стали приводить к глубокому внедрению в повседневную жизнь человека различных цифровых устройств. Устройства, основанные на современных процессорах, могут быть не только такими высокотехнологичными устройствами, как компьютеры, но и мобильными телефонами, калькуляторами и автомобилями. Обычно в подобных устройствах на микроконтроллере помимо вычислительного устройства расположены дополнительные компоненты на кристалле. Вычислительные возможности современных микроконтроллеров сравнимы с показателями аналогичных процессоров десятилетней давности^[23] [5, 10, 12].

2.2. Внешнее запоминающее устройство

Жесткий диск является запоминающим устройством произвольного доступа, основанным на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров^[24].

В отличие от дискеты, информация в накопителе на жестких магнитных дисках записывается на жесткие стеклянные или алюминиевые пластины, которые покрыты слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В накопителе на жестких магнитных дисках используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной парковочной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков^[25].

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации^[26] [8, 10, 12].

2.3. Оперативное запоминающее устройство

Оперативная память является энергозависимой частью системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код, а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором^[27].

Используется для работы операционной системы, программ и для временного хранения текущих данных. Она выполнена в виде модулей, установленных на системную плату, и может хранить информацию только при включенном питании^[28] [1, 7].

2.4. Устройства ввода

Устройства ввода являются периферийным оборудованием для занесения сигналов или данных в компьютер либо в другое электронное устройство во время его работы. Устройства ввода и вывода составляют аппаратный интерфейс между компьютером и контроллером.

Устройства ввода являются, в основном, датчиками преобразования не электрических и электрических величин в воспринимаемые процессором электрические сигналы для дальнейшей их обработки в основном в цифровом виде^[29].

В качестве преобразуемых неэлектрических величин могут выступать:

• давление;
• расположение в пространстве;
• скорость;
• вязкость;
• освещенность;
• ускорение;
• перемещение;
• влажность;
• температура;
• количественные и другие подобные величины^[30].

Устройства ввода подразделяются на следующие категории:

• устройства для пространственного использования;
• непрерывные устройства ввода;
• аудио, видео и механические устройства.

Практически единственным основным и обычно необходимым, устройством ввода текстовых последовательностей и символов является клавиатура.

К устройствам ввода графической информации относятся сканер, видео- и web-камера, цифровой фотоаппарат и плата видеозахвата^[31].

К устройствам ввода звуковой информации относят такие устройства, как микрофон или цифровой диктофон.

К указательным устройствам относят:

• мышь;
• тачпад;
• трекбол;
• тачскрин;
• графический планшет и дигитайзер;
• световое перо;
• устройства, основанные на компьютерном зрении, типа Kinect^[32].

К игровым устройствам ввода относят:

• руль;
• геймпад;
• джойстик;
• танцевальная платформа и другие подобные устройства^[33] [2, 3, 11].

2.4.1. Клавиатура

Клавиатура представляет собой устройство, предназначенное для ввода пользователем информации в компьютер. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш. Клавиши клавиатуры разделяются на 6 групп:

• клавиши пишущей машинки;
• клавиши редактирования;
• цифровые клавиши;
• специальные клавиши;
• функциональные клавиши F1 – F12;
• две группы клавиш управления курсором^[34].

Размещение клавиш первой группы соответствует пишущей машинке. Расположение латинских букв на клавиатуре персонального компьютера обычно такое же, как на английской пишущей машинке, а кириллических букв – как на русской пишущей машинке.

Для ввода прописных букв и других располагающихся на верхнем регистре символов имеется клавиша [Shift].

Клавиша [Caps Lock] служит для фиксации режима прописных букв.

Клавиша [Space] служит для создания пробела между символами.

Клавиша [Enter] при редактировании текста работает как «возврат каретки» на пишущей машинке. Также нажатие этой клавиши может означать окончание ввода команды или другой информации и обращение к компьютеру.

Переключение языка клавиатуры можно осуществить с помощью переключателя клавиатуры, расположенного на панели задач, либо с помощью сочетаний клавиш [Shift] + [Ctrl] или [Shift] + [Alt]^[35] [3, 11].

2.4.2. Мышь, тачпад и трекбол

Подобные устройства ввода классифицируются по способу управления курсором:

• прямой ввод, когда управление осуществляется непосредственно в месте видимости курсора;
• непрямые указывающие устройства.

К устройствам прямого ввода относят сенсорные панели и экраны, а к непрямым указывающим устройствам относят трекбол или мышь^[36].

Манипулятор мышь является устройством управления манипуляторного типа, выглядящим как небольшая коробочка с клавишами. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора^[37].

Ввод информации осуществляется перемещением курсора в определенную область экрана и кратковременным нажатием кнопок манипулятора или щелчками. По принципу работы манипуляторы делятся на механические, оптомеханические, оптические и лазерные.

В портативных персональных компьютерах в качестве мыши используются трекболы, пойнтеры и тачпады. Комбинация монитора и мыши обеспечивает диалоговый режим работы пользователя с компьютером, это наиболее удобный и современный тип интерфейса пользователя^[38].

Трекбол представляет собой шарик, встроенный в верхнюю часть корпуса. Пользователь вращением шарика меняет положение курсора на экране монитора. В от­личие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера. Используется, чаще всего, в портативных ПК. Его ещё называют «мышкой вверх ногами».

Тачпад представляет собой сенсорную панель, при прикосновении особым предметом или пальцем к которой координаты места касания определяются и передаются в ПК. Сенсорные панели используются для замены клавиатуры в бытовом и промышленном оборудовании и замены мыши в переносной электронике^[39] [2, 10, 11, 12].

2.4.3. Планшет, световое перо и дигитайзер

Дигитайзер является устройством для преобразования готовых изображений, таких как чертежи или карты, в цифровую форму. Дигитайзер представляет собой плоскую панель, называемую планшетом, рас­полагаемую на столе, и специальный инструмент, называемый световым пером, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении светового пера по планшету, координаты пера фиксируются и преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения. Дигитайзеры обычно используются для ввода планов или карт в компьютер^[40] [3].

2.4.4. Игровые устройства

Джойстик чаще всего представляет собой стержень, который закреплен на устойчивом основании. Отклонение джойстика от вертикального положения приводит к перемещению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Чаще всего подобные устройства применяются в ком­пьютерных играх.

Помимо джойстика в ком­пьютерных играх часто используются такие манипуляторы как геймпад, руль и шлемы виртуальной реальности^[41] [2].

2.4.5. Устройства ввода графической информации

Web-камера является устройством, производящим видеосъёмку, оцифровку, сжатие, сохранение и передачу цифрового видео в компьютер. По тому же принципу, без некоторых этапов, работают видеокамера, цифровой фотоаппарат и плата видеозахвата.

Сканер является устройством, создающим цифровую копию изображения объекта при анализе самого объекта^[42].

Существует три основные категории сканеров, разделяющиеся по скорости сканирования, качеству и функциональным возможностям.

Ручной сканер протягивается над поверхностью документа вручную, обеспечивая минимальное качество сканирования. Ручной сканер непригоден для сканирования иллюстраций и применяется в условиях, при которых использование стандартных устройств сканирования неудобно или невозможно^[43].

Листовой сканер при сканировании протягивает отдельные страницы мимо светочувствительного элемента. Его недостатком является невозможность сканирования журналов и книг без разборки на отдельные страницы. В связи со значительным снижением стоимости планшетных сканеров, практически вышел из употребления.

В планшетном сканере в ходе сканирования внутри корпуса устройства перемещается подвижный светочувствительный элемент. Сканируемый документ располагается напротив прозрачного окна в корпусе прибора. Этот вид сканера лишен недостатков, характерных для ручных и листовых сканеров. На сегодняшний день планшетный сканер является наиболее распространенным типом сканера^[44] [2, 10, 12].

2.4.6. Устройства ввода звуковой информации

Микрофон является прибором, который преобразует музыку, звуки и голос в электрические колебания.

Наиболее распространенный тип микрофона состоит из пластмассовой диафрагмы, которая вибрирует от звуковых волн. За этой мембраной находится емкость, заполненная угольными шариками, которые то сближаются, то отталкиваются друг от друга^[45].

Напряжение тока увеличивается в зависимости от частоты звуков, проходящих через угольные шарики. Этот ток можно передавать на большие расстояния по проводам или по радио. За­тем ток преобразуется в акустические колебания, благодаря громкоговорителям в радиоприемниках и телевизорах.

Принцип работы цифрового диктофона схож с микрофонным, с отличием в том, что в диктофон имеет собственные модули оцифровки и памяти^[46] [3, 11].

2.5. Устройства вывода

Устройствами вывода являются периферийные устройства, которые преобразуют результаты обработки цифровых машинных кодов в форму, удобную для восприятия человеком или пригодную для воздействия на исполнительные органы объекта управления.

В качестве устройств для вывода визуальной информации можно привести такие, как:

• монитор или дисплей;
• проектор;
• графопостроитель или плоттер;
• принтер.

В качестве устройств для вывода звуковой информации можно привести такие, как:

• колонки;
• наушники;
• встроенный динамик.

Также устройством для вывода информации можно считать игровой джойстик, т.к. он вибрирует при столкновении с препятствием^[47] [2].

2.5.1. Монитор и проектор

Мониторы являются устройствами, служащими для обеспечения диалогового режима работы пользователя с компьютером путем вывода на экран символьной и графической информации. В графическом режиме экран состоит из точек, которые получаются разбиением экрана на строки и столбцы.

Количество точек, называемых пикселями, на экране называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. В настоящее время мониторы ПК могут работать в режимах различных комбинаций 4х3 и 16х9 соотношений количества пикселей по вертикали и горизонтали^[48].

Разрешающая способность зависит от типа монитора и видеоадаптера. Каждый пиксел может быть окрашен в один из возможных цветов. Стандарты отображения цвета: 16, 256, 64К, 16М цветовых оттенков каждого пиксела.

По принципу действия все современные мониторы разделяются на:

• мониторы на базе электронно-лучевой трубки;
• жидкокристаллические дисплеи;
• плазменные мониторы.

Наиболее распространенными являются жидкокристаллические дисплеи, но самое высокое качество изображения имеют современные плазменные дисплеи^[49].

Стандартные мониторы имеют длину диагонали 17, 19, 20, 21 и более дюймов. В мониторах LCD изображение формируется с помощью матрицы пикселей. Каждый пиксел формируется свечением одного элемента экрана, поэтому каждый монитор имеет свое максимальное физическое разрешение. Так, например, для мониторов 19 дюймов разрешающая способность 1280х1024^[50].

Для того чтобы исключить искажения изображений на экране рекомендуется использовать мониторы LCD в режимах его максимального разрешения. Для мониторов LCD частота смены кадров не является критичной. Изображение выглядит устойчивым даже при частоте обновления кадров 60 Гц.

В плазменных мониторах изображение формируется с помощью матрицы пикселей, как и в мониторах LCD. Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разряженного газа, находящегося в ионизированном состоянии^[51].

Пиксел формирует группа из трех подпикселов, ответственных за три основных цвета, которые представляют собой микрокамеры, на стенках которых находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Это одна из наиболее перспективных технологий плоских дисплеев.

Достоинства плазменных мониторов заключаются в том, что в них отсутствует мерцание изображения, картинка имеет высокую контрастность и четкость по всему дисплею, имеют малую толщину панели и хорошую обзорность под любым углом. К недостаткам следует отнести большую потребляемую мощность.

Мультимедийный проектор является устройством, которое подключается к компьютеру и позволяет проецировать изображение с монитора на большой экран^[52] [3, 10, 11].

2.5.2. Принтер и плоттер

Принтер является внешним периферийным устройством компьютера, которое предназначено для вывода хранящейся в компьютере графической или текстовой информации на твёрдый физический носитель, обычно бумагу, малыми тиражами без создания печатной формы^[53].

Матричные принтеры были первым типом принтеров, получивших массовое использование. Для них характерны низкие качество и скорость печати, ограниченная цветопередача, устойчивость печати к внешним воздействиям, экологичность и простота обслуживания.

На смену матричным принтерам пришли струйные принтеры. Они характерны более высоким качеством печати, чем матричные принтеры; скоростью цветной печати, сравнимой с матричными принтерами, и скоростью черно-белой печати быстрее матричных принтеров; и более качественной цветопередачей^[54].

После струйных принтеров распространение получили сублимационные принтеры, использующиеся для печати фотографий. Они характерны хорошим качеством печати, близким к журнальной фотографии, и хорошей цветопередачей.

Наиболее распространенными на данный момент являются лазерные принтеры, имеющие наилучшее качество и скорость печати, стабильную цветопередачу, наименьшую стоимость печати и надежно работающие^[55].

Термопринтеры используются в малоформатных и малогабаритных печатающих устройствах: факсах, кассовых аппаратах, банкоматах, терминалах обслуживания. Они характерны только черно-белой цветопередачей, наивысшей скоростью и наименьшей стоимостью печати.

Особую нишу на сегодняшний день занимают 3D-принтеры, имеющие возможности объемного создания материалов. Учитывая, что принтеры данного типа не просто наносят краску, а создают объект на основе полимеров, их называют моделирующими устройствами, которые имеют мало общего с принтерами в классическом понимании этого слова.

Графопостроиитель или плоттер является устройством для автоматического вычерчивания с большой точностью схем, рисунков, карт, сложных чертежей и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке^[56] [8, 10, 11, 12].

2.5.3. Устройства для вывода звуковой информации

Звуковая карта предназначена для выполнения вычислительных операций, связанных с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние акустические системы, подключаемые к линейному выходу звуковой карты. Имеется возможность для подключения микрофона, что позволяет записывать речь и сохранять её на жёстком диске.

Акустическая система является устройством для воспроизведения звука, состоящим из акустического оформления и вмонтированных в него излучающих динамических головок. В качестве акустической системы могут также выступать наушники. Акустическая система может быть встроена в корпус персонального компьютера, что чаще всего встречается в ноутбуках^[57] [3].

По итогам данной главы можно отметить большое количество элементов в архитектуре компьютера, как основных, так и периферически подключаемых. В зависимости от назначения компьютера могут быть убраны или добавлены те или иные устройства, каждое из которых выполняет определенную функцию. Одну и ту же функцию, например, вывод графических данных, могут выполнять различные устройства, такие как монитор, проектор, принтер и другие подобные.

Заключение

В данной работе была рассмотрена архитектура Фон Неймана с выделением шести основных типов устройств, среди которых управляющее устройство, арифметико-логическое устройство, оперативное запоминающее устройство, внешнее запоминающее устройство и устройства вывода и ввода.

Процессор в современных процессорах ЭВМ образует арифметико-логическим устройством и устройством управления. Процессор является функциональной частью ЭВМ, которая выполняет основные операции по управлению работой других блоков и обработке данных. Запоминающими устройствами обеспечивается хранение промежуточных и исходных данных, программ и результатов вычислений. Оперативные запоминающие устройства хранят информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время. Внешние запоминающие устройства используются для длительного хранения больших объемов информации, такой как, операционная система, которая хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть операционной системы загружается в оперативное запоминающее устройство и находится там до завершения сеанса работы компьютера. Перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства и постоянные запоминающие устройства предназначаются для постоянного хранения информации, которая записывается туда при ее изготовлении, например в BIOS.

Отдельным вопросом была рассмотрена структурная схема персонального компьютера, рассматривающая взаимодействие в компьютере различных видов памяти, центрального процессора и подключение внешних устройств через системную магистраль. Также отдельно были рассмотрены контроллеры и системная магистраль, называемая также шиной.

Список использованных источников

1. Баула В. Г. Архитектура ЭВМ и операционные среды / В. Г. Баула, А. Н. Томилин, Д. Ю. Волканов. – М.:Academia, 2011 – 336 с.
2. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – 240 с.
3. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – 544 с.
4. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия / М. Гук. – СПб.:Питер, 2014. – 1072 с.
5. Жуховцев М. Д. Глюки, сбои и ошибки компьютера. Решаем проблемы сами / М. Д. Жуховцев, Р. Г. Прокди, М. А. Финкова. – М.:Наука и техника, 2013. – 240 с.
6. Леонтьев В. П. Новейшая энциклопедия. Компьютер и интернет 2016 / В. П. Леонтьев. – М.: Эскмо-пресс, 2016. – 560 с.
7. Леонов В. Сбои и ошибки компьютера. Простой и понятный самоучитель / В. Леонов. – М.: Эскмо, 2015 – 352 с.
8. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — 512 с.
9. Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов / С. А. Орлов. – СПб.: Питер, 2014. – 688 с.
10. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – 784 с.
11. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – 384 с.
12. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – 816 с.

1. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 583. ↑

2. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 284. ↑

3. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 275. ↑

4. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 754. ↑

5. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 474. ↑

6. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 247. ↑

7. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 374. ↑

8. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 357. ↑

9. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 244. ↑

10. Леонтьев В. П. Новейшая энциклопедия. Компьютер и интернет 2016 / В. П. Леонтьев. – М.: Эскмо-пресс, 2016. – С. 136. ↑

11. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 166. ↑

12. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 264. ↑

13. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 154. ↑

14. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 285. ↑

15. Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов / С. А. Орлов. – СПб.: Питер, 2014. – С. 247. ↑

16. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 385. ↑

17. Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов / С. А. Орлов. – СПб.: Питер, 2014. – С. 337. ↑

18. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 337. ↑

19. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия / М. Гук. – СПб.:Питер, 2014. – С. 485. ↑

20. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 364. ↑

21. Жуховцев М. Д. Глюки, сбои и ошибки компьютера. Решаем проблемы сами / М. Д. Жуховцев, Р. Г. Прокди, М. А. Финкова. – М.:Наука и техника, 2013. – С. 146. ↑

22. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 246. ↑

23. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 346. ↑

24. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 445. ↑

25. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 442. ↑

26. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 224. ↑

27. Баула В. Г. Архитектура ЭВМ и операционные среды / В. Г. Баула, А. Н. Томилин, Д. Ю. Волканов. – М.:Academia, 2011 – C. 114. ↑

28. Леонов В. Сбои и ошибки компьютера. Простой и понятный самоучи-тель / В. Леонов. – М.: Эскмо, 2015 – С. 225. ↑

29. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 211. ↑

30. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 273. ↑

31. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 124. ↑

32. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 177. ↑

33. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 157. ↑

34. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 135. ↑

35. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 267. ↑

36. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 111. ↑

37. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 384. ↑

38. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 257. ↑

39. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 623. ↑

40. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 127. ↑

41. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 217. ↑

42. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 278. ↑

43. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 474. ↑

44. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 193. ↑

45. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 366. ↑

46. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 251. ↑

47. Горнец Н. Н. ЭВМ и периферийные устройства. Компьютеры и вычислительные системы / Н. Н. Горнец, А. Г. Рощин. – М.:Academia, 2012 – С. 137. ↑

48. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 147. ↑

49. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 156. ↑

50. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 148. ↑

51. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 227. ↑

52. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 127. ↑

53. Таненбаум Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум, Т. Остин. – СПб.: Питер, 2015. – С. 361. ↑

54. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Форум, Инфра-М, 2013. — С. 246. ↑

55. Ревич Ю. 1001 совет по обустройству компьютера / Ю. Ревич. – СПб.: БХВ –Петербург, 2012. – С. 251. ↑

56. Паттерсон Д. А. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем / Д. А. Паттерсон, Д. Л. Хеннесси. – СПб.: Питер, 2012. – С. 177. ↑

57. Гузенко Е. Н. Персональный компьютер. Лучший самоучитель / Е. Н. Гузенко, А. С. Сурядный. – Владимир: ВКТ, 2011. – С. 125. ↑