В самом общем
виде структурная схема компьютера приведена на рис. 1.
На рис. 1 поз.1 обозначен микропроцессор (МП). Это
мозг всей системы. Без него она мертва. Работа МП заключается в непрерывном
исполнении команд — выполнил одну, взялся за другую и так без остановок до
момента отключения питания. Чтобы команды
исполнять, их нужно откуда-то брать. Для этих целей в составе компьютера есть
специальный блок — память. Ее образно можно представить как стопку
коробочек-ячеек. В ячейке может находиться или команда для процессора, или
обрабатываемое число (операнд). Память в компьютере бывает двух видов: постоянного хранения информации (рисунок поз.2) и оперативного
хранения информации (рисунок поз.3).
В постоянную память (ПЗУ) программы и данные помещает изготовитель
компьютера. С их помощью система приводится в рабочее состояние. Пользователь
их может только считывать. Оперативная память (ОЗУ) доступна
пользователю как для считывания, так и для записи. В ней находятся исполняемые
программы и обрабатываемые данные.
Предположим, что компьютер умножает числа —
два на два. В момент выполнения вычислений оба операнда и программа,
выполняющая умножение чисел, находятся в ОЗУ. Там же окажется и результат
умножения — четыре. Для того чтобы
считывать команды и данные из памяти, нужны специальные линии, по которым происходит передача. Набор этих линий образует специальный канал — шину данных (ШД) (рисунок поз.4).
Передача может вестись в обоих направлениях, поэтому шина изображена двунаправленной.Память, как мы ее представили, — стопка коробочек-ячеек. Для того чтобы в них не путаться и попадать в нужную, каждая ячейка имеет индивидуальный номер — адрес. Процессор подает в систему адрес и попадает в нужное место. Для передачи адресов необходима еще одна группа линий. Их набор составляет шину
адреса (ША) (рисунок поз.5). Процессор подает по ША адрес, после этого
данные с ШД могут быть занесены в соответствующую ячейку или считаны оттуда.
Ситуация получилась двусмысленная. Откуда память узнает: записывать ли ей данные в ячейку или выдавать ее содержимое на ШД? Самое простое решение — МП должен иметь возможность подать в систему (в том числе и в память) сигналы, при помощи которых он укажет направление передачи данных. Набор таких сигнальных линий образует еще одну шину — шину управления
(ШУ) (рисунок поз.6). В результате "конструирования" имеем процессорный блок, построенный на базе трех ШИН. МП считывает из памяти команды, последовательно исполняет программы и под их управлением обрабатывает хранящуюся в ОЗУ информацию. Все идет прекрасно,
работа кипит. Однако, есть одно но... Пользователю желательно иметь возможность время от времени, хотя бы одним глазком, заглядывать в систему. Он должен знать — что же там происходит, и при необходимости иметь возможность направить процесс в нужное русло. В противном случае вся эта работа "будет пустою забавою ..." (как говорил Козьма Прутков). Следовательно, в составе системы должны быть элементы управления и индикации. Средства управления. На начальном этане развития компьютерных систем это был набор кнопок и переключателей. В настоящее время у пользователя есть клавиатура (рисунок поз.7). Средства индикации. Первые ЭВМ таинственно мигали точечными светодиодами, которые отображали состояние контрольных сигналов. Затем их сменили символьные индикаторы, представлявшие информацию уже в виде чисел и букв. Сейчас в распоряжении пользователя имеется целое окно в компьютерный мир — монитор (рисунок поз.8). Простейшая компьютерная система получена. На ней можно работать: вводить с клавиатуры
программы, запускать их, управлять процессом исполнения, видеть на мониторе
результаты. Примерно таким и было устройство первых ЭВМ. Скоро выяснилось, что каждый раз вводить программу в память при помощи клавиатуры долго и неудобно. Возникла необходимость в устройстве, на котором можно хранить данные и программы, и при необходимости считывать их оттуда. В состав системы включили магнитный накопитель. Из-за того, что сохраняющий элемент имел форму диска, он получил название дискета, а устройство чтения/записи — дисковод (FDD) (рисунок поз.9). Отпала необходимость в постоянном вводе данных в компьютер. Будучи один раз набранными они сохранялись на диске и в нужный момент считывались оттуда.
Дискеты и дисководы вещь хорошая,
но со временем к ним накопились претензии: малая емкость, легко повреждаются и
т.д. В состав компьютера ввели еще один накопитель - винчестер (HDD)
(рисунок поз. 10). В него ничего не нужно вставлять, его даже не нужно трогать. Емкость винчестера в сравнении с дискетами была огромной, перспективы ее роста — практически неограниченны. Для организации связи с блоками, не входящими в состав процессорного ядра, и внешними по отношению к компьютеру устройствами (так называемой периферией) — дисковыми накопителями, монитором, клавиатурой, в состав компьютера были включены специальные управляющие блоки — контроллеры. Процессор имеет доступ к периферийным блокам только через соответствующие контроллеры (рисунок поз. 11, 12, 13).
В таком составе построение компьютерной системы можно считать законченным. Осталась только одна деталь — нужно организовать обмен с внешними устройствами: принтерами, плоттерами, сканерами, ленточными накопителями и др. Для этих целей в состав компьютера включены блоки ведения обмена информацией в последовательной и параллельной форме — СОМ и LPT-порты (на рисунке поз.14 и 15 соответственно). Осталось решить
только один вопрос — как все это изготавливать? Такие компьютерные блоки, как МП, монитор, накопители, клавиатура, всегда
изготавливались отдельно. Со временем выяснилось, что и электронную часть
компьютера удобнее изготавливать в виде нескольких частей, а затем соединять их
вместе. Ее разделили на несколько частей (см. рис. 1): I
— материнская плата. На ней размещены МП, ПЗУ, контроллер клавиатуры; II — модули оперативной памяти; III — видеоадаптер; IV — адаптер дисковых накопителей; V — адаптер устройств ввода/вывода.
Раз компьютер собирается из отдельных частей, то должны быть и соединительные элементы. Они размещены на системной плате, как на самой крупной составной части системы (рисунок поз.16), и имеют название — системные разъемы. К контактным площадкам разъемов подведены сигналы всех трех шин. Каждый адаптер, предназначенный для подключения, имеет для установки в эти разъемы соответствующую ответную часть. Управляемые устройства подсоединяются к адаптерам при помощи специальных кабелей. Для установки МП и модулей ОЗУ, подключення клавиатуры на материнской плате есть специальные установочные панели. Кроме перечисленных блоков, в состав компьютера входят не изображенные на рис. 1,
но само собой подразумевающиеся: корпус — коробка, куда все перечисленное добро
устанавливается, и блок питания, преобразующий сетевые 220 В в уровни
напряжения, необходимые для работы компонентов компьютера.
|