Программное и аппаратное обеспечение компьютера. 11 класс

1. Программное и аппаратное обеспечение компьютера

2. Принципиальная схема построения компьютера и потоков информационного обмена

3. Состав компьютера

Современный
персональный
компьютер — это не один
электронный аппарат, а
небольшой комплекс
взаимосвязанных
устройств, каждому из
которых поручена
определенная функция.

4.

Состав компьютера
Устройства можно
классифицировать
следующим образом
(классификация по
назначению):
•средства
хранения
оперативной информации и
ее обработки;
•средства
долговременного
хранения информации;
•средства связи компьютера с
внешним миром. (Архитектура
и структура)

5. Движение информации внутри компьютера

6. Магистрально-модульный принцип построения компьютера

7. Магистрально-модульный принцип

Компьютер состоит из отдельных частей — модулей.
Модули относительно друг друга независимы и, чаще
всего, взаимозаменяемы (стандартизованы).
Между частями компьютера осуществляется обмен
информацией. Он идет по информационной
магистрали.

8. Информационная магистраль

Работой компьютера управляет процессор ("мозг
машины"), он связан с оперативной памятью
(внутренняя память) и с иными устройствами
посредством информационной магистрали, по
которой и курсирует информация. Информационная
магистраль представляет многопроводную линию, она
делится на три шины: по одной группе проводов
(шина
данных)
передается
обрабатываемая
информация, по другой группе проводов (шина
адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к
которым обращается процессор, по третьей (шина
управления) передаются управляющие сигналы
(например, проверка готовности устройства к работе,
начать работу и т. д.).

9.

Информационная
магистраль
Все внешние устройства подключены к магистрали
опосредовано, то есть через посредника —
контролера. Его задача преобразовать информацию
в вид "понятный" подключенному устройству
(информация идет к устройству) или в двоичный код, с
которым имеет дело процессор (информация идет в
оперативную память).

10.

Магистрально-модульный
принцип
Внутренняя
память
Микропроцессор
Шина данных
Информационная магистраль
Шина адреса
Шина управления
Монитор
Дисковод
Клавиатура
треугольниками изображены
контроллеры
Принтер

11. Минимальная конфигурация

12. Минимальная конфигурация

Минимальный набор устройств, без которых нельзя
вести речь о компьютере, принято называть
минимальной конфигурацией.
В состав компьютера должен входить:
системный блок с процессором, внутренней и
внешней памятью, магистралью и контролерами;
устройство вывода информации (монитор);
устройство ввода информации (клавиатура). De facto,
в состав минимальной конфигурации включается
манипулятор типа мышь.

13. Системный блок

14. Схема строения системного блока

Mini tower (блок
расположен
вертикально)
Desk top (блок
расположен
горизонтально)
Материнская плата

15. Состав компьютера

2. Материнская плата
3. Процессор
4. Оперативная память
5. PCI-платы
6. Элемент питания
7. CD (DVD)
8. НЖМД

16. Материнская плата

Место
крепления
процессора
Порты внешних
устройств
Место крепления
внутренней памяти
Место крепления
плат-контроллеров
внешних устройств
Материнская плата
является носителем
информационной
магистрали. К ней крепятся
процессор и внутренняя
память, на ней расположены
контролеры внешних
устройств.

17.

18.

INTEL i910GL

19.

20. Процессор

Микропроцессор — "мозг" машины, который
выполняет поступающие на его вход команды,
дирижирует работой иных устройств. Из себя
процессор представляет пластинку кремния, на
которой располагается огромное количество
миниатюрных транзисторов. Процессор имеет свою
систему команд.

21.

Характеристики процессора
Тактовая частота. Режим работы микропроцессора
задается специальной микросхемой, которая называется
генератором тактовой частоты. Это своеобразный
метроном
внутри
компьютера,
на
выполнение
процессором каждой операции отводится определенное
количество тактов. Чем выше тактовая частота, тем
быстрее работает процессор.
Разрядность процессора — максимальная длина
двоичного кода, который может быть обработан или
передан процессором целиком. Процессоры бывают 8разрядными,
16-разрядными,
32-разрядными,
64разрядными.

22.

Упрощенная логическая схема
одноядерного процессора
Арифметико-логическое устройство
Целых чисел
Чисел с плавающей точкой
Декодер команд
Кэш-память данных
1-го уровня
Кэш-память команд
1-го уровня
Кэш-память 2-го уровня
Шина
данных
Шина
управления
Шина
адреса

23. Внутренняя память

Внутренняя память предназначена для
временного хранения программ и данных, а также
для постоянного хранения встроенного блока
операционной системы.
Ее подразделяют на оперативное запоминающее
устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ).

24. Оперативное запоминающее устройство

При работе с оперативным запоминающим
устройством информация может быть записана и
считана из него. Но хранится информация за счет
постоянного переписывания (возобновления), к
каждой ячейке мы обращаемся, и информацию,
записанную в ней, переписываем. Поэтому при
выключении компьютера вся информация,
хранимая в ОЗУ, теряется. Основная
характеристика — объем оперативной памяти.
Измеряется в мега- и гигабайтах (512 Мб, 1 Гб,
2 Гб, 4 Гб, 8 Гб…).

25. Постоянное запоминающее устройство

При работе с ПЗУ мы можем информацию из него
только читать. Информация заносится в
микросхему заводом-изготовителем и изменена
быть не может. Данный вид памяти достаточно
дешев, и использование его решает многие
проблемы, например, проблему начальной загрузки.

26. Внешняя память

Основной функцией внешней памяти компьютера
является способность долговременно хранить
большой объем информации (программы, документы).
Устройство, которое обеспечивает запись/считывание
информации, называется накопителем или
дисководом, а хранится информация на носителе.

27. Жесткие магнитные диски

1
2
4
В основу записи, хранения и
считывания информации заложен
магнитный принцип.
В герметичном футляре
располагается стопка магнитных
дисков (1) на одной оси (2). Диски
могут вращаться с очень большой
скоростью. Над поверхностью
диска плывет головка (4) —
считывающее и записывающее
устройство. Она не касается
поверхности диска из-за
воздушной подушки,
образующейся под головкой в
силу ее аэродинамических
свойств.

28.

Жесткие магнитные диски
Если положение головки
зафиксировано, то она может
прочитать или записать
информацию на круговую дорожку,
расположенную под ней. Положение
головки меняет специальный
шаговый двигатель (3). Так как шаг
достаточно мал, то получаем на
каждом магнитном диске огромное
количество дорожек. Основной
характеристикой жесткого диска
является емкость — максимальный
объем информации, которая может
быть на диск записана. Измеряется
в мега и гигабайтах (40 Гб, 80 Гб,
320 Гб, 1 Тб, 2 Тб…).

29. Переносные носители информации

30. Переносные носители информации

31. Гибкие магнитные диски (дискеты)

Гибкие магнитные диски (дискеты, FDD)
используются чаще всего для: "запуска"
компьютера
с
системной
дискеты,
резервного
копирования,
переноса
информации с одного компьютера на
другой.
Наиболее
распространены
дискеты
формата 3,5 дюйма, на них информация
записывается с двух сторон, с каждой
стороны 80 дорожек. Емкость таких дискет
1,44 Мб.
Дискета вставляется в дисковод.

32. Оптические диски

Лазерные дисководы, работающие с компакт дисками,
используют оптический принцип чтения информации.
Информация на лазерном диске записана на одну
спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся
участки с различной отражающей способностью.
Лазерный луч попадает на поверхность вращающегося
диска, а интенсивность отраженного луча зависит от
отражающей способности участка дорожки и приобретает
значение 0 или 1.

33. CD-ROM, DVD, Blu-Ray

Оптические CD-диски рассчитаны на
использование инфракрасного лазера
с длиной волны 780 нм и имеют
информационную емкость 700 Мбайт.
Оптические DVD-диски рассчитаны
на использование красного лазера с
длиной волны 650 нм. Они имеют
большую информационную емкость
(4,7 Гбайта) за счет меньшей ширины
и более плотного размещения
оптических дорожек.
HD DVD, Blu-Ray рассчитаны на
использование синего лазера с
длиной волны 405 нм, их емкость в 35 раз превосходит информационную
емкость DVD.

34. CD-ROM, CD-R, CD-RW

На дисках CD-ROM (DVD-ROM) хранится информация,
которая была записана на них в процессе изготовления.
Дальнейшая запись на них невозможна. (ROM — Read Only
Memory)
На дисках CD-R (DVD R) информация может быть записана
но только один раз. (R — Recordable)
На дисках CD-RW (DVD RW) информация может быть
записана и стерта многократно. Диск изготавливается из
специального сплава, который можно нагреванием приводить
в два устойчивых агрегатных состояния: аморфное и
кристаллическое. (RW — ReWritable)

35. Флэш-память

Флэш-память — особый вид полупроводниковой
энергонезависимой перезаписываемой памяти:
•полупроводниковая — не содержащая механически
движущихся частей, построенная на основе
полупроводниковых микросхем;
•энергонезависимая — не требуется энергия для хранения
данных, только для записи;
•перезаписываемая — допускает изменение хранимых
данных.

36. Флэш-память

В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хранит
один бит информации и состоит из одного полевого
транзистора со специальной электрически изолированной
областью («плавающим» затвором). Именно в этой области
можно сохранить надолго заряд. Наличие заряда на
плавающем затворе определяется отсутствием тока между
стоком и истоком (нет тока — 0, есть ток — 1).

37. Флэш-память

В зависимости от типа ячейки заряд в область плавающего
затвора может помещаться одним из следующих способов:
методом туннелирования (добавляем энергию электрону для
преодоления слоя диэлектрика малой толщины за счет
волновых свойств), методом инжекции «горячих» электронов.
Стирание производится подачей высокого напряжения на
исток, куда и туннелируют электроны с плавающего затвора.

38. Флэш-память

К преимуществам флэш-памяти можно
отнести:
•большой объем хранимых данных,
•высокую скорость доступа к данным,
•низкое энергопотребление,
•долговечность и устойчивость к
физическим нагрузкам.
К недостаткам следует отнести:
•отсутствие единых стандартов по
размерам и электрическим параметрам
(карты разных производителей
несовместимы),
•многократное стирание данных
приводит к необратимому разрушению
ячеек.

39. Видеокарта

Видеокарта (видеоплата, видеоадаптер) — это контролер
монитора, она берет на себя всю работу по выводу
изображения на экран компьютера. По сути, видеокарта —
это компьютер внутри компьютера.

40.

Видеокарта
На видеоадаптере имеется
собственный процессор (1), на
рисунке он закрыт радиатором. На
видеокарте имеется своя
внутренняя память —
видеопамять (2). Программа
работы видеоплаты записана в
специальной микросхеме (3).
Видеокарта соединяется с
материнской платой с помощью
разъема (4), монитор
подключается к видеоадаптеру с
помощью разъема (5).

41. Режимы работы видеоадаптера

Видеоадаптер предусматривает два режима работы:
текстовый и графический.
В текстовом режиме экран разбивается на строки (25
строк), каждая строка разбита на позиции (80 позиций или
знакомест). В каждую позицию может быть выведено
изображение любого символа из кодовой таблицы.
В графическом режиме изображение формируется как
мозаика цветных точек, каждая точка при этом должна
гореть только одним цветом. Основные характеристики
графического режима — это разрешающая способность
и палитра цветов (глубина цветопередачи).

42. Иные устройства, входящие в состав системного блока

• Счетчик времени
• Элемент питания
• Звуковая плата
• Сетевая плата и другие

43. Устройства ввода-вывода информации

44. Монитор

Монитор предназначен для
вывода текстовой и
графической информации.
Работает под управлением
видеокарты.
Наиболее распространены
мониторы с электроннолучевой трубкой и
жидкокристаллические.

45. Монитор

46. Монитор

Жидкие кристаллы — это
особое состояние некоторых
органических веществ, в
котором они обладают
текучестью и свойством
образовывать
пространственные структуры,
подобные кристаллическим.
Жидкие кристаллы могут
изменять свою структуру
и светооптические
свойства под действием
электрического
напряжения.

47. Характеристики монитора

Размер, он измеряется по диагонали в дюймах.
Размер зерна, например, 0,39 мм, 0,31 мм, 0,28 мм. Чем
меньше размер зерна, тем более качественное
изображение мы можем получить.

48. Клавиатура

Клавиатура предназначена
для
ввода
алфавитноцифровой информации и
управления компьютером.

49. Мышь

Манипулятор типа мышь — устройство ввода
информации и управления работой компьютера

50. Принтеры

Принтер — устройство вывода текстовой и
графической информации на лист бумаги.
матричные, их печатающее устройство
содержит некоторое число (9 или 25) иголок,
которые выскакивают из головки и бьют по
печатной ленте
струйные, печатным устройством является картридж
(емкость со специальными чернилами), чернила
выбрызгиваются на бумагу под большим давлением,
причем размер капли очень мал
лазерные, на валик специальным образом
наносится краска, валик прокатывается по
бумаге и изображение переносится на бумагу

51. Плоттер

Графопостроитель или
плоттер — также
устройство вывода
информации.
Специальное перо,
перемещаясь по
поверхности бумаги,
выполняет построение
рисунка

52. Сканер

Сканер — устройство ввода
графической информации.
Сканирование — перевод
изображений в цифровой
формат, рисунок разбивается на
точки, и для каждой точки
определяется ее цвет