В процессе эксплуатации возможно изменение базового состава системы самим пользователем

Архитектура персонального компьютера

Тип урока: урок-лекция

Цели урока:

Образовательная: познакомить с классической схемой построения персонального компьютера, изучить магистрально-модульный принцип построения ПК, ознакомить с принципом открытой архитектуры.

Развивающая: развивать логическое мышление, внимание, память, расширить кругозор.

Воспитательная: воспитывать познавательный интерес к предмету информатика.

План урока:

1. Организационный момент;

2. Актуализация знаний студентов;

3. Изучение нового материала:

3.1.Понятиякомпьютер, архитектура компьютера

3.2.Принципы устройства ПК по Дж. Фон Нейману

3.3.Открытая архитектура ПК

3.4.Магистрально-модульный принцип построения компьютера

3.5.Шины, контроллер, видеокарта

4. Итоги урока, д/з.

 

Ход урока

Организационный момент

Актуализация знаний студентов

Фронтальный опрос студентов:

1) Что называют информационным процессом?

2) Перечислите основные информационные процессы

3) Приведите примеры устройств хранения и передачи информации

4) Назовите этапы развития вычислительной техники, их характерные черты.

Изучение нового материала

Компьютер – это программируемое электронное устройство для реализации информационных процессов (хранения, обработки и передачи информации).

По своему назначению компьютер – универсальное техническое устройство для работы с информацией. По принципам устройства компьютер – модель человека, работающего с информацией.

Архитектурой компьютераназывается его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Архитектура компьютера включает в себя структуру, отражающую состав ПК, и программно-математическое обеспечение.

Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними.

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

 

В 1946 году Д. фон Нейман, Г. Голдстайн и А. Беркс в своей совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. В последствие на основе этих принципов производились первые два поколения компьютеров. В более поздних поколениях происходили некоторые изменения, хотя принципы Неймана актуальны и сегодня.По сути, Нейману удалось обобщить научные разработки и открытия многих других ученых и сформулировать на их основе принципиально новое.

Принципы фон Неймана

1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто.
2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием.
3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными.
4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании.

Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.  

Для сравнения, программа компьютера ENIAC (где не было хранимой в памяти программы) определялась специальными перемычками на панели. Чтобы перепрограммировать машину (установить перемычки по-другому) мог потребоваться далеко не один день. И хотя программы для современных компьютеров могут писаться годы, однако они работают на миллионах компьютеров после несколько минутной установки на жесткий диск.

Архитектура компьютеров первых поколений:

 

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти иих выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая командапрограммы, указывается специальным устройством - счетчиком команд в устройстве управления (УУ).

 

История персональных компьютеров

С 1975 г. в США было начато серийное производство персональных компьютеров (ПК). Это событие часто называют второй информационной революцией (первой информационной революцией считается появление печатного станка и книгопечатания – 1445 г.). ПК появился на базе мини- и микро ЭВМ для обеспечения персональных вычислений, т.е. для работы специалиста в той или иной предметной области на своем рабочем месте. За дисплей ПК смог сесть пользователь – непрофессионал в программировании. С 1981 г. стали выпускаться персональные ЭВМ, имеющие блочно-модульную конструкцию. Эти простые в эксплуатации и сравнительно дешевые машины предназначались для потребителей, не обладающих знаниями в области вычислительной техники и программирования. Широкое распространение мини-ЭВМв начале 1970-х гг. определялось необходимостью приблизить компьютер к пользователю. Мини-ЭВМ устанавливались на предприятиях и в организациях, где использование больших ЭВМ было экономически невыгодным.

Основные критерии отнесения компьютера к классу ПК – малые размеры, отсутствие необходимости в обслуживании, низкая цена, функциональная универсальность и простота модернизации.

Важную роль в развитии ПК сыграло появление компьютера IBM PC, произведенного корпорацией IBM (США) на базе микропроцессора Intel-8086 в 1981 г. Этот персональный компьютер занял ведущее место на рынке себе подобных. Его основное преимущество – так называемая открытая архитектура, благодаря которой пользователи могут расширять возможности приобретенной ЭВМ, добавляя различные периферийные устройства и модернизируя компьютер. В дальнейшем другие фирмы начали создавать свои ПК, но компьютер IBM PC стал неким стандартом в классе персональных компьютеров. В наши дни более 85% всех продаваемых ПЭВМ базируется на архитектуре IBM PC.

Разрабатывая персональный компьютер, сотрудники IBM создали, так называемую, "открытую архитектуру", которая оказалось настолько эффективной, что лежит в основе современных ПК и по сей день.

 

Основополагающие принципы открытой архитектуры следующие:

1) конструкция предусматривает возможность расширения системы;

2) использование технических решений и технологий не требует лицензионных затрат;

в процессе эксплуатации возможно изменение базового состава системы самим пользователем.

Архитектура современных персональных компьютеров (открытая архитектура) основана на магистрально-модульном принципе.

 

Магистрально-модульный принцип (принцип открытой архитектуры) построения современных компьютеров заключается в том, что