Устройство ПК

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

 

Представление информации в персональном компьютере. Биты и байты. Системы счисления

Предназначение компьютера - следуя поступающим от человека командам, принимать, перерабатывать, хранить и выдавать информацию. При выполнении любых действий на компьютере пользователь посылает компьютеру команды, которые преобразуются в простейшие вычислительные инструкции (сложение, умножение, сдвиг). Проделывая миллионы элементарных операций в секунду, компьютер позволяет работать с текстами, графикой, слушать музыку, смотреть видео, работать во всемирной сети Интернет.

Для того, чтобы научить вычислениям электронное устройство, на заре компьютерной эры была создана очень простая система счисления. Естественным электронным способом счета является система счисления, основанная на двух цифрах 0 и 1 ("есть сигнал / нет сигнала"), которая называется двоичной. В двоичной системе счисления один двоичный разряд называется битом. Бит - это термин, являющийся сокращением от слов "двоичная цифра" (binary digit - bit). В таблице 1.1 представлены числа 0 до 255 в двоичной и десятичной системах счисления.

Таблица 1.1
Представление чисел в двоичной и десятичной системах счисления
Основание системы счисления
10 2 10 2 10 2 10 2 10 2 10 2
0 0 46 101110 92 1011100 138 10001010 184 10111000 231 11100110
1 1 47 101111 93 1011101 139 10001011 185 10111001 231 11100111
2 10 48 110000 94 1011110 140 10001100 186 10111010 232 11101000
3 11 49 110001 95 1011111 141 10001101 187 10111011 233 11101001
4 100 50 110010 96 1100000 142 10001110 188 10111100 234 11101010
5 101 51 110011 97 1100001 143 10001111 189 10111101 235 11101011
6 110 52 110100 98 1100010 144 10010000 190 10111110 236 11101100
7 111 53 110101 99 1100011 145 10010001 191 10111111 237 11101101
8 1000 54 110110 100 1100100 146 10010010 192 11000000 238 11101110
9 1001 55 110111 101 1100101 147 10010011 193 11000001 239 11101111
10 1010 56 111000 102 1100110 148 10010100 194 11000010 240 11110000
11 1011 57 111001 103 1100111 149 10010101 195 11000011 241 11110001
12 1100 58 111010 104 1101000 150 10010110 196 11000100 242 11110010
13 1101 59 111011 105 1101001 151 10010111 197 11000101 243 11110011
14 1110 60 111100 106 1101010 152 10011000 198 11000110 244 11110100
15 1111 61 111101 107 1101011 153 10011001 199 11000111 245 11110101
16 10000 62 111110 108 1101100 154 10011010 200 11001000 246 11110110
17 10001 63 111111 109 1101101 155 10011011 201 11001001 247 11110111
18 10010 64 1000000 110 1101110 156 10011100 202 11001010 248 11111000
19 10011 65 1000001 111 1101111 157 10011101 203 11001011 249 11111001
20 10100 66 1000010 112 1110000 158 10011110 204 11001100 250 11111010
21 10101 67 1000011 113 1110001 159 10011111 205 11001101 251 11111011
22 10110 68 1000100 114 1110010 160 10100000 206 11001110 252 11111100
23 10111 69 1000101 115 1110011 161 10100001 207 11001111 253 11111101
24 11000 70 1000110 116 1110100 162 10100010 208 11010000 254 11111110
25 11001 71 1000111 117 1110101 163 10100011 209 11010001 255 11111111
26 11010 72 1001000 118 1110110 164 10100100 210 11010010
27 11011 73 1001001 119 1110111 165 10100101 211 11010011
28 11100 74 1001010 120 1111000 166 10100110 212 11010100
29 11101 75 1001011 121 1111001 167 10100111 213 11010101
30 11110 76 1001100 122 1111010 168 10101000 214 11010110
31 11111 77 1001101 123 1111011 169 10101001 215 11010111
32 100000 78 1001110 124 1111100 170 10101010 216 11011000
33 100001 79 1001111 125 1111101 171 10101011 217 11011001
34 100010 80 1010000 126 1111110 172 10101100 218 11011010
35 100011 81 1010001 127 1111111 173 10101101 219 11011011
36 100100 82 1010010 128 10000000 174 10101110 220 11011100
37 100101 83 1010011 129 10000001 175 10101111 221 11011101
38 100110 84 1010100 130 10000010 176 10110000 222 11011110
39 100111 85 1010101 131 10000011 177 10110001 223 11011111
40 101000 86 1010110 132 10000100 178 10110010 224 11100000
41 101001 87 1010111 133 10000101 179 10110011 225 11100001
42 101010 88 1011000 134 10000110 180 10110100 226 11100010
43 101011 89 1011001 135 10000111 181 10110101 227 11100011
44 101100 90 1011010 136 10001000 182 10110110 228 11100100
45 101101 91 1011011 137 10001001 183 10110111 229 11100101

В восьми двоичных разрядах умещается 256 целых чисел - вполне достаточно для того, чтобы дать уникальное 8-битовое обозначение каждой заглавной и строчной букве двух алфавитов (русского и английского), знакам препинания, цифрам, некоторым другим символам, а также управляющим кодам. Таким образом, для кодировки и передачи любого символа или управляющего кода необходимо 8 бит. Существует таблица кодов, в которой каждому символу в соответствие поставлено двоичное число от 00000000 до 11111111 (в десятичном представлении от 0 до 255). Естественно, что в качестве единицы компьютерной информации было выбрано восьмибитовое число - байт. Байт - количество информации, необходимое для размещения одного символа. На одной странице умещается около 4000 символов или байт. Каждая команда, понятная ПК(машинная инструкция), состоит из одного или нескольких байт. Существуют крупные единицы информации.

Килобайт 1 Kb = 210 байт = 1024 байт.
Мегабайт 1 Mb = 1024 Kb = 220 байт = 1048576 байт.
Гигабайт 1 Гб = 1024 Мб = 230 байт.
Терабайт 1 Тб = 1024 Гб = 240 байт.

Числа можно записывать и в других системах счисления. Наиболее привычна для нас десятичная система счисления, в которой принят счет десятками и используется 10 основных цифр (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9). Размещая эти цифры на различных позиция, можно выразить любое число.

Например, число 743 состоит из семи сотен, четырех десятков и трех единиц и представляет собой сумму цифр 700, 40 и 3. Значит, верной будет следующая запись:

(743)10 = 700 + 40 + 3 = 7 · 102 + 4 · 101 + 3 · 100 = 743,

где число представлено как сумма произведений некоторой десятичной цифры на соответствующую ее позиции степень числа 10, которое в свою очередь является основанием системы счисления.

В случае с правильной дробью получается:

(0,517)10 = 0,5 + 0,01 + 0,007 = 5 · 10-1 +1 · 10-2 +7 · 10-3=0,517.

По такому принципу можно построить систему счисления с произвольным основанием b. Любое целое число N, заданное в b-ичной системе счисления, можно записать в развернутом виде [4]:

b - целое положительное фиксированное число (основание системы счисления);
Pi - целое число (0 ? Pi ? b-1, i = 0, 1, 2,... , n) - называемое позиционной цифрой или разрядом.

Правильная дробь записывается в развернутом виде так:

Например,

(1203,0205)10 = 1 · 103 + 2 · 102 + 0 · 101 + 3 · 100+ 0 · 10-1 + 2 · 10-2 + 0 · 10-3 + 5 · 10-4 = 1000 + 200 + 0 + 3 + 0 + 0,02 + 0 + 0,0005 =
= 1203 + 0,0205 = 1203,0205.

Рассмотрим наиболее распространенные в информатике системы с основанием 2, 8, 16 и их связь с десятичной системой счисления (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2
Основание системы счисления
10 2 8 2 16
0 000 0 0000 0
1 001 1 0001 1
2 010 2 0010 2
3 011 3 0011 3
4 100 4 0100 4
5 101 5 0101 5
6 110 6 0110 6
7 111 7 0111 7
8 — — 1000 8
9 — — 1001 9
10 — — 1010 A
11 — — 1011 B
12 — — 1100 C
13 — — 1101 D
14 — — 1110 E
15 — — 1111 F

Ниже приведенные примеры показывают, как перевести двоичное число в более привычную десятичную систему счисления.

(101101)2 = 1 · 25 + 0 · 54 + 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 51 + 1 · 20 = 32 + 8 + 4 + 1 = (45)10

(10101,1101)2 = 1 · 24 + 0 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 + 1 · 2-1 + 1 · 2-2 + 0 · 2-3 + 1 · 2-4 = 16 + 4 + 1 + 1/2 + 1/4 + 1/16 = 21 + 13/16 = ( 21,8125)10

Существенным недостатком двоичной системы счисления является громоздкая запись чисел. Для упрощения записи двоичных чисел могут быть использованы восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Двоичная система связана с восьмеричной и шестнадцатиричной соотношениями: 23 = 8 и 24 = 16, т.е. цифры восьмеричной системы можно представить двоичными триадами, шестнадцатиричной - тетрадками, что облегчает взаимный перевод.

Например, (110100101)2 (110 100 101)2 (645)8;

(11011101)2 (011 011 101) (335)8;     (101111101111)2 (1011 1110 1111)2 (BEF)16;

(10111011000)2 (0101 1101 1000)2 (5D8)16.

Вообще для того, чтобы перевести целое число из одной системы счисления в другую, необходимо выполнить следующие действия [4]:

  1. разделить данное число на основание новой системы счисления;
  2. перевести остаток от деления в новую систему счисления; получается младший разряд нового числа;
  3. если частное от деления больше основания новой системы, продолжать деление, как указано в п.1; новый остаток, переведенный в новую систему счисления, дает второй разряд числа и т.д.

Пример 1.1. Перевести число 256 из десятичной системы счисления в восьмеричную. (Далее будем записывать кратко (256)10 (?)8)

   

Ответ: (256)10 (400)8.

Пример 1.2. Пусть необходимо выполнить перевод (397)10 (?)16

   

Ответ: (397)10 (18D)16.
Проверка: (18D)16=1 · 162 + 8 · 161 + 13 · 160 = 256 + 128 + 13 = (397)10

Пример 1.3. Выполнить преобразование (25)10 (?)2

   

Ответ: (25)10 (11001)2.
Проверка: (25)10=1 ·24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 = 16 + 8 + 1 = (25)10

Правило перевода дробей из одной системы счисления в другую заключается в выполнении следующих действий:

  1. умножить дробную часть числа на основание системы счисления;
  2. в полученном произведении выделить целую часть числа (это будет старшим разрядом искомого числа);
  3. дробную часть произведения снова умножить на основание новой системы счисления; целая часть произведения будет следующим разрядом дробной части искомого числа;
  4. п.3 повторить до получения необходимого количества разрядов искомого числа.

Пример 1.4. Выполнить перевод (0,784)10 (?)2, (0,6125)10 (?)8 и (0,378)10 (?)16. Оставить четыре знака после запятой.

   

Результат получаем, читая цифры сверху вниз:

(0,784)10 (0,1100)2
(0,6125)10 (0,4714)8
(0,378)10 (0,60С4)16.

Для перевода из одной системы в другую вещественного числа необходимо отдельно выполнить перевод целой и дробной его частей по рассмотренным выше правилам.

1.2.Составные части персонального компьютера

Визуально персональный компьютер(ПК) состоит (см. рис. 1.1) из системного блока, клавиатуры, мыши и монитора. К компьютеру могут быть подключены колонки (см. рис. 1.1), принтер (рис. 1.2) или сканер (рис.1.3).

В системном блоке расположены основные узлы персонального компьютера: источник питания, системная плата, процессор, оперативная память, жесткий диск, дисковод гибких дисков, дисковод CD ROM, звуковая карта; в него могут устанавливаться дополнительные устройства: FM и TV тюнеры, модем.

Большинство узлов и микросхем персонального компьютера размещены на одной плате, которую принято называть материнской (см. рис. 1.4). Передача информация между узлами компьютера осуществляется по линиям, образующим системную шину [2,4].

Рис. 1.1
Рис. 1.1


Рис. 1.2 - Лазерный принтер Samsung ML-1210
Рис. 1.2 - Лазерный принтер Samsung ML-1210


Рис 1.3 - Планшетный сканер
Рис 1.3 - Планшетный сканер

На материнской плате размещаются:

1. Процессор (см. рис. 1.5) осуществляет вычисления и обеспечивает общее управление компьютером.

Процессор состоит из: арифметико-логического устройства, предназначенного для выполнения арифметических операций; устройства управления, обеспечивающего управление вычислительным процессом.

Рис. 1.4 - Материнская плата Intel D845GERG2
Рис. 1.4 - Материнская плата Intel D845GERG2


Рис. 1.5 - Процессор Pentium 4 3.4 ГГц "Northwood"

Процессор характеризуется:

  • тактовой частотой;
  • разрядностью;
  • архитектурой.

Тактовая частота определяется максимальным временем выполнения элементарного действия (сложения или умножения) в процессоре. Тактовая частота современного персонального компьютера достигает 3.4 ГГц (т.е. 3.4 млрд. элементарных операций в секунду).

Разрядность - максимальное число двоичных разрядов, которые могут обрабатываться одновременно. Понятие разрядности включает в себя:

  • разрядность внутренних регистров процессора;
  • разрядность шины данных;
  • разрядность шины адреса.

Разрядность внутренних регистров определяет размер данных, с которыми может работать процессор. Разрядность шины данных определяет скорость передачи информации (размер данных, которые могут быть переданы в единицу времени) между процессором и другими устройствами. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство компьютера.

Таким образом, если тактовая частота определяет скорость вычислений, то разрядность определяет размер данных, которые могут обрабатываться процессором или передаваться от одного узла компьютера к другому в единицу времени.

2. Память компьютера - запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения программ и данных в процессе выполнения программы. Основная память состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ или RAM) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ или ROM). ОЗУ является энерго зависимым. Именно в ОЗУ хранятся программы и данные во время работы ПК. На современные персональные компьютеры устанавливают 256 (или более) Мб оперативной памяти.

ПЗУ - энерго независимое устройство, которое обеспечивает надежное хранение и выдачу информации. Содержимое ПЗУ не может быть изменено. Иногда содержимое ПЗУ называют BIOS (Basic Input Output System - базовая система ввода-вывода). В ПЗУ хранятся программы, реализующие основные функции ввода-вывода, а также программа тестирования ПК и ряд других программ

Существует еще один вид памяти - CMOS, это полупостоянная память, предназначенная для хранения параметров функционирования компьютера. В CMOS хранятся характеристики ряда устройств (например, жесткого диска).

3. Внутри системного блока находятся устройства, предназначенные для долговременного хранения информации. Эти устройства называются накопителями на магнитных носителях.

Накопитель на жестком магнитном диске (или укоренившийся жаргонный термин "винчестер") - это огромное хранилище данных, на котором хранятся программы и данные пользователя. "Винчестер" состоит из пакета жестких магнитных дисков, заключенного вместе с головками чтения-записи в герметичный корпус (см. рис. 1.6).

Рис. 1.6 - Внешний вид современного
Рис. 1.6 - Внешний вид современного "винчестера"

Жесткие магнитные диски обладают большим объемом (объем современного винчестера 40 – 160 Гб) и высоким быстродействием.

Накопитель на дискетах осуществляет чтение и запись информации на гибкие магнитные диски, заключенные в жесткие пластиковые конверты. Такие диски называются дискетами. Дискета состоит из круглой полимерной подложки (см. рис. 1.7), покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Рис. 1. 7 - Общее устройство дискеты
Рис. 1. 7 - Общее устройство дискеты

Эти накопители работают достаточно медленно, их объем незначителен (1.44Мб), но у этих носителей информации есть большое преимущество: практически все компьютеры (от самых древних до современных) комплектуются дисководами для дискет и поэтому на любом компьютере можно считать или записать информацию на дискету. Для работы с дискетой необходимо вставить дискету в привод наклейкой вверх, стрелкой вперед (см. рис. 1.8).

Рис. 1.8
Рис. 1.8

Для извлечения дискеты из дисковода необходимо нажать кнопку выброса дискеты (см. рис. 1.9).

Рис. 1.9
Рис. 1.9

Первое время дискеты были единственным хранителем информации, однако ввиду малого объема они перестали удовлетворять требованиям пользователя, и современные компьютеры практически всегда комплектуются накопителями CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - постоянные запоминающие устройства на компакт диске) или CD-RW (Compact Disk Read and Write) (см. рис. 1.10). Накопитель CD-ROM аналогичны по конструкции лазерному проигрывателю, но позволяют читать как музыкальные диски, так и компьютерные диски, записанные в специальном формате. Накопители CD-RW позволяют не только читать информацию с диска, но и записывать ее на диск.

Рис. 1.10 - Общий вид накопителя CD-ROM Рис. 1.10 - Общий вид накопителя CD-ROM
Рис. 1.10 - Общий вид накопителя CD-ROM

Для извлечения диска из накопителя (привода) необходимо нажать кнопку Eject (см. рис. 1.10).

Носителем информации в этих приводах является компакт-диск (CD-ROM) - прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен свето отражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра. Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Емкость компакт-диска достигает 780 Мбайт.

На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества.

4. Внутри системного блока располагается видеокарта. Видеокарта - устройство, соединяющее монитор с материнской платой. Современные видеокарты обладают довольно большой собственной памятью (64-128Мб) и позволяют самостоятельно обрабатывать видеоинформацию, не нагружая процессор компьютера. На современных ПК бывают видеокарты, встроенные в материнскую плату или выполненные в виде отдельной платы (см. рис. 1.11), которые вставляются в специальный разъем на материнской плате (AGP разъем).

5. Звуковая карта служит для преобразования цифрового сигнала в звуковой. К звуковой карте подключаются колонки или наушники. Существуют звуковые карты, встроенные в материнскую плату или выполненные в виде отдельной платы и подключаемые через PCI разъем.

Рис. 1.11 - Современная видеокарта
Рис. 1.11 - Современная видеокарта

6. TV-тюнер - специальная плата, позволяющая смотреть телевизионные программы на мониторе. Современные TV-тюнеры (см. рис. 1.12) позволяют записывать телевизионные программы в виде специального файла на жесткий диск компьютера для последующего просмотра в удобное для пользователя время.

Рис. 1.12 - TV тюнер
Рис. 1.12 - TV тюнер

7. Модем - устройство для подключения компьютера к телефонной сети с целью передачи и получения информации. Различают внутренние модемы, которые выполнены в виде отдельной платы и вставляются в PCI разъем материнской платы, и внешние (см. рис. 1.13), которые подключаются в качестве внешнего устройства к системному блоку.

Рис. 1.13 - Внешний модем
Рис. 1.13 - Внешний модем

Модем и сегодня остается одним из основных способов подключения к всемирной сети Internet с домашнего компьютера.

8. Сетевая карта - устройство, с помощью которого компьютеры объединяются в локальную вычислительную сеть. Каждый компьютер в сети имеет свою сетевую карту. С помощью кабелей компьютеры объединяются в сеть.

К системному блоку подключаются следующие внешние устройства:

  1. Клавиатура - устройство для ввода символьной информации в компьютер.

  2. Мышь - представляет собой устройство, которое преобразует перемещения по столу в перемещение курсора по экрану и используется дополнительно к клавиатуре как устройство ввода.

  3. Принтер - устройство для вывода информации на бумагу. Наиболее распространены следующие разновидности принтеров:

    • матричные принтеры - принтеры с игольчатой печатающей головкой формируют печатные символы из точек. Эти точки отпечатываются на бумаге в момент прижатия к ней красящей ленты иголками печатной головки в процессе движения ее вдоль строки. Эти принтеры работают очень громко, создают документы не очень высокого качества, стоят довольно дорого. К их преимуществам следует отнести дешевизну расходных материалов и возможность печати на бумаге не очень высокого качества.

    • в струйных принтерах изображение возникает в результате распыления чернил по бумаге; к преимуществам струйных принтеров следует отнести высококачественную цветную и чернобелую печать, относительно недорогую стоимость; к недостаткам - очень высокую стоимость расходных материалов, стоимость цветного и черного картриджа в принтере сопоставима со стоимостью самого принтера.

    • лазерные принтеры постраничной печати имеют ту же технологию, что и копировальные аппараты; к преимуществам лазерных принтеров следует отнести высококачественную печать, относительно недорогую стоимость расходных материалов; главный недостаток лазерных принтеров - достаточно высокая стоимость.

  4. Сканер считывает информацию с документа и формирует электронную копию, которую можно подвергать обработке различными программами, в том числе и программами распознавания текста, с помощью которых можно посредством сканера, минуя клавиатуру, вводить информацию в компьютер.
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ФОНД ПОДГОТОВКИ КАДРОВ. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ.
Сайт сделан по технологии "Конструктор школьных сайтов".
Hosted by uCoz