Архітектура та програмне забезпечення комп ютера

Архiтектура та програмне забезпечення комп ютера Мiнiстерство освiти України Який наворочений iнститут Архiтектура та програмне забезпечення комп’ютера (реферат) Виконала: Анотацiя. Використання персональних комп’ютерiв захопило практично всi сфери дiяльностi, якi пов’язанi зi сприйняттям, обробкою та передачею iнформацiї. На даний момент персональнi комп’ютери широко використовуються в адмiнiстративнiй, науковiй, iнженерно-технiчнiй i творчiй дiяльностi, освiтянськiй i побутовiй сферах, бiзнесi, сiльськогосподарському виробництвi i т. д. Простота практичного спiлкування з персональним комп’ютером i потужне програмне забезпечення робить його доступним i необхiдним для роботи великої кiлькостi користувачiв, якi не мають спецiальної пiдготовки, в тому планi, що користувачi, якi працюють з прикладним програмним забезпеченням, не зобов’язанi вмiти програмувати. Неспецiалiсти в iнформацiйних технологiях розумiють, що за допомогою комп’ютера можливим є вирiшення широкого кола проблем, однак якi з них можна вирiшувати, а якi неможливо, i якою цiною досягається таке вирiшення, вони уявляють собi досить приблизно. Інформацiйна революцiя є ознакою нашого часу i iнтенсивне впровадження iнформацiйних технологiй вимагає вiд спецiалiстiв усiх сфер дiяльностi комп’ютерної грамотностi. Звичайно ж, будуть iснувати i висококвалiфiкованi професiонали в цiй сферi, i неграмотнi в нiй, але неграмотнiсть повинна означати вiдсутнiсть професiоналiзму, а не повне незнання i нерозумiння предмету. В областi комп’ютерної технiки та технологiї спостерiгається сильне розшарування суспiльства. З одного боку, є достатньо професiоналiв високого класу, а з iншого – багато людей, якi бажають використовувати комп’ютери в своїй повсякденнiй дiяльностi, i в той же час досить сильно помиляються в основних питаннях, якi пов’язанi iз застосуванням комп’ютерiв. Тому дуже важливо, по можливостi усунути непорозумiння, якi виникають мiж професiоналами та споживачами їх працi, розвiяти стереотипнi уявлення, в рiзнiй мiрi притаманнi людям, якi реально визначають темпи впровадження комп’ютерних технологiй – керiвникам рiзних державних та комерцiйних пiдприємств. на прикладi персонального комп’ютера, сумiсного з IBM PC, обладнаного мiкропроцесором, типу x86 фiрми Intel Corporation та операцiйною системою MS-DOS фiрми Microsoft Corporation. Реферат мiстить 20 сторiнок друкованого тексту, 8 малюнкiв, 1 таблицю. Текст документу набрано та вiдформатовано за допомогою текстового процесора Word 97 фiрми Microsoft. 2. Структурна схема та принципи роботи сучасного комп’ютера..................................................................................................... 5 2. 1. Принцип виконуваної програми................................................................ 5 2. 2. Архiтектура комп’ютера............................................................................. 6 3. Основнi компоненти комп’ютера............................................... 8 3. 1. Процесор....................................................................................................... 8 3. 1. 1. Принципи функцiонування процесора..................................................... 8 3. 1. 2. Управлiння пристроями.......................................................................... 9 3. 2. Пам’ять....................................................................................................... 10 3. 2. 1. Оперативна пам’ять............................................................................ 10 3. 2. 2. Постiйна пам’ять................................................................................. 11 3. 3. Пристрої вводу-виводу.............................................................................. 12 4. Периферiйнi пристрої.......................................................................... 13 5. Програмне забезпечення.................................................................. 16 Висновки........................................................................................................ 18 Список скорочень.................................................................................... 19 1. Вступ. Перший комп’ютер IBM PC було виготовлено в 1981 роцi фiрмою IBM (International Businness Machines Corporation). З появою нових електронних компонентiв та вдосконаленням вже iснуючих в подальшому розроблялися i розробляються до тепер новi моделi ПК, якi є програмно i по можливостi апаратно сумiсними[1] з вже iснуючими моделями. чином формалiзованi (представленi у зрозумiлiй для мiкропроцесора формi). Представлення та перетворення iнформацiї в електронно-обчислювальних машинах (ЕОМ) реалiзуються шляхом керування значеннями одного або декiлькох електричних параметрiв (таких, як напруга, сила струму, частота…), найзручнiшим методом в цьому планi є манiпулювання напругою. Комп’ютер є цифровим (дискретним) приладом, що означає використання лише певних, конкретно визначених значень напруги для представлення iнформацiї. Найрозповсюдженiшим (майже стандартним) випадком є використання лише двох рiвнiв напруги – високого (high) та низького (low), що зумовлено простотою проектування та виготовлення електронних компонентiв, якi можуть вiдображати обидва зазначенi рiвнi. Необхiднiсть використання лише двох рiвнiв напруги зумовило потребу розробки правил запису чисел, якi дозволяли б манiпулювати останнiми, використовуючи лише два зазначених стани електронних компонентiв. В результатi при представленнi чисел прийнято використовувати набiр лише двох цифр – 0 та 1, якi, вiдповiдно вiдображаються низьким та високим рiвнями напруги. Такий набiр цифр та правил їх використання для представлення чисел прийнято називати системою числення, назва системи числення визначається загальною кiлькiстю використовуваних нею цифр, яку називають основою системи числення. чисел, тому для представлення чисел довiльної величини використовуються групи з 8 бiт – байт (Byte), 16 бiт – машинне слово (Word) або 32 бiт – подвiйне машинне слово (Double Word). Комп’ютер може манiпулювати iнформацiєю на рiвнi байтiв, та окремих бiтiв. графiчному символу ставиться у вiдповiднiсть двiйкове числове значення, розмiрнiстю 1 байт -–так званий код ASCII; для графiчних зображень характерним є наявнiсть трьох числових складових, якi описують одну дискретну точку зображення; аудiоiнформацiя також представлена декiлькома числами, якi вiдповiдним чином кодують частоту звучання, гучнiсть i т. п. 2. 1. Принцип виконуваної програми. Концепцiя комп’ютера базується на принципi виконуваної програми i може бути сформульована наступним висловлюванням: “прилад, який може манiпулювати даними у вiдповiдностi iз заданою послiдовнiстю iнструкцiй”. Для збереження даних та послiдовностi iнструкцiй зазначений принцип передбачає наявнiсть спецiального функцiонального блоку –оперативної пам’ятi. Для виконання iнструкцiй призначена спецiальна електронна схема – процесор (мiкропроцесор). Кожна iнструкцiя фактично є однiєю iз множини виконуваних мiкропроцесором команд, якi становлять його операцiйний ресурс (систему команд). Операцiйний ресурс сучасних мiкропроцесорiв становить 100 – 400 команд. системи команд мiкропроцесора – програмою. виконання команд реалiзується спецiальними iнструкцiями (командами переходiв), тобто процес виконання програми регулюється самою програмою, а не мiкропроцесором. Виконання кожної команди умовно подiляється на чотири етапи (мал. 2. 1. 1.), а сам машинний код команди в пам’ятi має жорстко визначений формат (мал. 2. 1. 2.). Команди програми розмiщуються в пам’ятi послiдовно, займаючи сумiжнi комiрки пам’ятi; розмiр пам’ятi, необхiдний для збереження коду команди, залежить вiд самої команди i, як правило, складає 1 – 15 байт. Перший байт машинного коду команди називається кодом операцiї i присутнiй завжди; всi iншi байти можуть бути присутнiми або вiдсутнiми в залежностi вiд команди. Байт адресацiї визначає спосiб формування адреси (номера комiрки пам’ятi) аргументiв команди, а байт масштабування забезпечує доступ до масивiв даних i мiстить в закодованому представленнi розмiрнiсть елемента масиву та його номер. В якостi операндiв можуть виступати як безпосередньо вказанi данi, так i адреси доступу до них; розмiрнiсть операндiв може складати 8-32 бiт (1-4 байт). Виходячи з принципу виконуваної програми, структурна схема комп’ютера має вигляд: Пам’ять призначена для зберiгання кодiв команд програми та даних в процесi їх обробки. Перед початком обробки програма та оброблюванi пiдлягають занесенню до пам’ятi, що реалiзується зовнiшнiми (периферiйними) пристроями при посередництвi пристроїв вводу-виводу. Останнi забезпечують обмiн даними мiж комп’ютером та периферiйними пристроями. На схемi (мал. 2. 1. 3.) широкими стрiлками зазначенi iнформацiйнi зв’язки мiж структурними елементами, тобто можливi шляхи транспортування iнформацiї, а тонкi стрiлки вiдображають зв’язки керування та пiдзвiтностi пристроїв. 2. 2. Архiтектура комп ’ютера. виконує специфiчнi функцiї вiдповiдно до свого функцiонального призначення. Ланкою, яка забезпечує взаємодiю модулiв комп’ютера, є системна магiстраль – сукупнiсть лiнiй електричного зв’язку, якi сполучають однойменнi контакти[3] всiх модулiв. та часова залежнiсть мiж ними називаються iнтерфейсом магiстралi. Очевидно, що для успiшної спiвпрацi всiх модулiв в комп’ютернiй системi, останнi повиннi функцiонувати за правилами магiстралi, тобто мати єдиний iнтерфейс. Множина всiх лiнiй електричного зв’язку, якi входять до складу магiстралi, подiляють на декiлька груп, у вiдповiдностi з їх функцiональним призначенням. Група лiнiй якi несуть сигнали однакового функцiонального призначення, називається шиною (bus). У вiдповiдностi з таким подiлом, до складу магiстралi входять чотири шини – шина даних (ШД), шина адреси (ША), шина управлiння (ШУ) та шина живлення (ШЖ). Шина даних призначена для обмiну даними i є набором електричних лiнiй, за кожною з яких може передаватися одна двiйкова цифра даних шляхом встановлення високого або низького рiвня напруги, що вiдповiдає двiйковим цифрам 1 або 0. Кiлькiсть лiнiй в наборi називається шириною або розряднiстю шини, i визначає об’єм iнформацiї, який може транспортувати шина даних за один цикл обмiну даними. Шина адреси призначена для однозначного визначення конкретної комiрки пам’ятi (або конкретного пристрою вводу-виводу) шляхом передачi двiйкового коду адреси – спецiального числового значення, яке фактично є номером комiрки пам’ятi або пристрою вводу-виводу. Розряднiсть шини адреси безпосередньо визначає кiлькiсть комiрок пам’ятi або кiлькiсть пристроїв вводу-виводу, до яких можливе звернення[4] i в загальному випадку ця кiлькiсть рiвна 2 n , де n – розряднiсть шини адреси. Шина управлiння включає електричнi лiнiї, за якими передаються сигнали управлiння та сигнали, якi вiдображають стан модуля, який бере участь в обмiнi[5] даними. Керувати обмiном даними за системною магiстраллю теоретично має можливiсть кожен з модулiв, однак фактично така можливiсть реалiзується лише вiдповiдним чином спроектованими та виготовленими модулями. Модулi, якi здатнi управляти обмiном, називаються Master (Bus-Master), модулi, якi не мають таких можливостей, називаються Slave. На магiстралi можуть бути присутнi декiлька модулiв, типу Master, однак керувати магiстраллю в певний визначений момент часу має змогу лише один iз них. Із врахуванням принципiв магiстрально-блочної побудови схема, яка iлюструє архiтектуру комп’ютера має вигляд (мал. 2. 2. 1.). 3. Основнi компоненти комп ’ютера. Процесор є модулем, призначенням якого є виконання розмiщеної в пам’ятi комп’ютера програми та управлiння iншими компонентами системи. Схема процесора здатна виконувати обмежену кiлькiсть вiдповiдним чином закодованих команд, що в сукупностi становлять його операцiйний ресурс. Операцiйний ресурс сучасних процесорiв становить 100 – 400 команд i мiстить команди обмiну даними, команди арифметичних операцiй, команди порозрядних логiчних операцiй, команди зсувiв та iн. Виконання арифметичних, логiчних операцiй, операцiй порiвняння та зсувiв реалiзується за допомогою арифметико-логiчного пристрою (АЛП), який складається з набору запам’ятовуючих елементiв (регiстрiв) та спецiальних схем, об’єднаних внутрiшньою шиною даних (мал. 3. 1. 1. 1). Така органiзацiя дозволяє використовувати в якостi вхiдних даних значення будь-яких регiстрiв АЛП, а також фiксувати результат в будь-якому з них. Роботою АЛП керує пристрiй керування (ПК), який генерує керуючi сигнали, кожен з яких фактично є командою одному з блокiв АЛП, в необхiднiй послiдовностi. При цьому ПК керується машинним кодом команди, попередньо прочитаним з пам’ятi, тобто керуюча послiдовнiсть безпосе-редньо залежить вiд команди i фактично описує процес її виконання. Обмiн даними з пам’яттю та пристроями вводу-виводу забезпечує шинний iнтерфейс, який забезпечує читання машинних кодiв команд з пам’ятi, шляхом, генерування циклiв обмiну за системною магiстраллю (мал. 3. 1. 1. 2.). першого байту (коду операцiї) команди з пам’ятi, який виконується завжди. За кодом операцiї визначається необхiднiсть генерування iнших циклiв обмiну та їх кiлькiсть. Цикли обмiну генеруються при необхiдностi читання даних з пам’ятi чи пристрою вводу-виводу та запису результату до пам’ятi чи пристрою вводу-виводу. 3. 1. 2. Управлiння пристроями. процесор використовує механiзм переривань (interrupts)[6] . Кожний функцiональний блок має можливiсть подачi сигналу, який прийнято називати сигналом запиту на переривання. Реакцiєю мiкропроцесора на подiбний сигнал є припинення виконання виконуваної на даний момент програми iз переключенням на програму обслуговуання даного пристрою, пiсля виконання якої продовжується виконання поточної програми. будь-якої клавiшi на клавiатурi або спрацювання лiчильника системного таймера (яке вiдбувається приблизно 18 разiв на секунду). (наприклад, якщо при виконаннi операцiї дiлення має мiсце дiлення на 0) або в результатi звернення до пам’ятi за неiснуючою адресою. Механiзм виняткiв дозволяє ефективно реалiзувати на комп’ютерi пiдсистему т. з. вiртуальної пам’ятi. Найрозповсюдженiшими моделями мiкропроцесорiв, якi застосовуються в персональних комп’ютерах (ПК) є мiкропроцесори, ряду х86 фiрми Intel Corporation та сумiснi з ними моделi iнших фiрм (насамперед, фiрми Advanced Micro Devices – AMD). Основною ознакою їх класифiкацiї є розряднiсть внутрiшньої шини даних (таблиця 3. 1. 2. 1). Таблиця 3. 1. 2. 1. Класифiкацiя мiкропроцесорiв х86. Розряднiсть Intel Corporation Сумiснi функцiональнi аналоги 8-розряднi 8080, Z80 16-розряднi 8086/8088, 80286 КР1810ВМ86 (СРСР) 32-розряднi Am386, Am486, Am5x86 (5k86), AMD K5, K6, K6-II, K6-II (фiрма AMD) P7 (Itanium) – Merced, McKinley Приведений в таблицi перелiк моделей мiкропроцесорiв є далеко не повним i включає лише найпопулярнiшi моделi серiї х86. Існують мiкропроцесори як зарубiжних фiрм, так i колишнього СРСР, архiтектура яких дещо вiдрiзняється вiд архiтектури процесорiв х86. Такi мiкропроцесори не є предметом розгляду даного реферату. 3. 2. Пам ’ять. 3. 2. 1. Оперативна пам ’ять. В процесi виконання програми її машинний код та данi, якi вона обробляє, повиннi знаходитися в оперативнiй пам’ятi комп’ютера. Пам’ять комп’ютера реалiзує три основнi функцiї: запис iнформацiї, читання iнформацiї та збереження iнформацiї. Процес читання або запису з\до пам’ятi називається зверненням або доступом до пам’ятi. Модуль пам’ятi складається з двовимiрного масиву комiрок, кожна з яких може зберiгати один байт iнформацiї i характеризується номером позицiї в межах масиву (адресою), а кiлькiсть комiрок в масивi називається розмiром або об’ємом пам’ятi в байтах. Модуль пам’ятi забезпечує звернення (доступ) до довiльної комiрки пам’ятi в межах масиву, при цьому iдентифiкацiя комiрки, до якої здiйснюється звернення, реалiзується шляхом безпосереднього вказування її номера в масивi, тобто адреси. Тому оперативна пам’ять називається пам’яттю з довiльним доступом (RAM – Random Access Memory). Для вказування адреси служить шина адреси, яка є складовою частиною системної магiстралi. Розряднiсть шини адресиi повинна бути достатньою для адресацiї всiх комiрок пам’ятi в масивi i в загальному випадку повинна бути рiвною log2 N, де N – кiлькiсть комiрок пам’ятi в масивi (розмiр модуля пам’ятi в байтах). До складу модуля пам’ятi входить спецiальна електронна схема, яка називається дешифратором адреси. Дешифратор адреси аналiзує адресу, встановлену на адреснiй шинi i однозначно визначає комiрку пам’ятi, до якої має мiсце звернення, шляхом розбиття адреси на номери рядка та колонки двовимiрного масиву комiрок. Запис та читання даних реалiзуються за допомогою шини даних магiстралi, розряднiсть якої повинна бути рiвною розрядностi комiрки пам’ятi. Оперативна пам’ять реалiзується за допомогою мiкросхем пам’ятi динамiчного типу (DRAM – Dynamic Random Access Memory). Значення кожного бiту такої пам’ятi фiзично представлене наявнiстю або вiдсутнiстю заряду конденсатора, утвореного в структурi напiвпровiдникового кристалу. В зв’язку з такою органiзацiєю час зберiгання заряду конденсатором є обмеженим (через iснування паразитних зв’язкiв заряд конденсатора поступово втрачається), а тому необхiдним є перiодичне вiдновлення записаної iнформацiї, яке виконується в т. з. циклах регенерацiї (rsfresh cycles). (SRAM – Static Random Access Memory). Остання в якостi запам’ятовуючого елемента використовує статичний тригер, який має високу швидкодiю, однак, поряд iз цим, -- високий рiвень енергоспоживання, високу вартiсть та низьку питому iнформацiйну ємнiсть[7] . Конструктивно модулi пам’ятi виготовляються у виглядi: - мiкросхем в корпусах DIP – Dual In-line Package. Така мiкросхема має пластмасовий корпус, по обидва боки яког перпендикулярно до корпусу розмiщено електричнi контакти. - модулiв пам’ятi SIMM – Single In-line Memory Module. Модуль представляє собою невелику плату, на якiй фiксуються (як правило, впаюються) декiлька мiкросхем пам’ятi. Електричнi контакти модуля виведено на край плати (крайовий або ножевий з’єднувач – edge connector); однойменнi контакти з обох сторiн з’єднувача електрично об’єднанi, тобто є однiєю контактною групою. - модулiв пам’ятi DIMM (Double In-line Memory Module). Модуль подiбний до модуля SIMM i вiдрiзняється вiд останнього тим, що контакти з обох бокiв ножевого з’єднувача є рiзними контактними групами. - Модулiв пам’ятi DDR DIMM або модулiв RIMM. Перший використовується для виготовлення модулiв пам’ятi, типу DDR (Double Data Rate), вiд DIMM вiдрiзняється бiльшою кiлькiстю контактiв; другий – для виготовлення модулiв пам’ятi RDRAM (Rambus Direct DRAM), характерною особливiстю яких є однакова довжина всiх сигнальних лiнiй, що важливо для роботи пам’ятi на високих частотах. Для встановлення модулiв призначенi спецiальнi гнiзда (слоти), кожний для свого типу модуля. Мiкросхеми в корпусах DIP встановлюються в спецiальних розетках (sockets). 3. 2. 2. Постiйна пам ’ять. Одразу ж пiсля включення мiкропроцесор звертається до оперативної пам’ятi, iнтерпритуючи її вмiст, як машиннi коди команд програми, тобто розпочинає виконання програми. Однак на даний момент жодної програми в оперативнiй пам’ятi немає, оскiльки при вiдключеннi живлення її вмiст втрачається, тобто має мiсце проблема завантаження програми до оперативної пам’ятi. Цей процес, в свою чергу, також має здiйснюватися програмно, тобто необхiдна програма, яка б постiйно зберiгалася в пам’ятi i виконувала роботу по завантаженню (iнiцiалiзацiї) комп’ютера. Для зберiгання такої програми та iншої, важливої для комп’ютерної системи iнформацiї використовується постiйна пам’ять (ROM – Read-Only Memory). На вiдмiну вiд оперативної, вмiст постiйної пам’ятi не втрачається при вимкненнi живлення комп’ютера, тобто iнформацiя в ROM зберiгається завжди. Така властивiсть постiйної пам’ятi отримала назву енергонезалежностi. В свою чергу, постiйна пам’ять дозволяє лише читання iнформацiї i не дозволяє запис[8] ; початковий запис до ROM здiйснюється на заводi виробником комп’ютера. Мiкропроцесор побудовано таким чином, що перше звернення до пам’ятi вiн здiйснює за адресою, яка фактично є адресою комiрки постiйної пам’ятi, i таким чином розпочинає виконання записаної до неї програми. Цю програму прийнято називати програмою початкового завантаження або програмою iнiцiалiзацiї комп’ютера. Окрiм програми iнiцiалiзацiї, до постiйної пам’ятi записано набiр програм тестування обладнання та набiр програм для роботи зi стандартними пристроями вводу-виводу, якi в сукупностi утворюють базову систему вводу-виводу комп’ютера (BIOS – Basic Input-Output System). 3. 3. Пристрої вводу-виводу. Пристрої вводу-виводу (контролери, адаптери) забезпечують пiдключення та обмiн iнформацiєю з комп’ютером великої кiлькостi рiзноманiтних периферiйних пристроїв. З одного боку, пристрої вводу – виводу пiдключенi до системної магiстралi, подiбно до процесора та оперативної пам’ятi i взаємодiють з останнiми за iнтерфейсом магiстралi, з iншого – мають набiр з’єднувачiв для пiдключення вiдповiдних периферiйних пристроїв. Подiбно до комiрок пам’ятi, кожен пристрiй має свiй номер в системi (адресу), за якою вiн iдентифiкується мiкропроцесором або iншим пристроєм. Адреснi простори оперативної пам’ятi та пристроїв вводу – виводу є незалежними[9] , тобто комiрка пам’ятi та подiбний пристрiй можуть мати однакову адресу в системi. Стандартно в комп’ютерi передбачена наявнiсть таких пристроїв вводу-виводу: Контролер клавiатури – забезпечує пiдключення клавiатури до комп’ютера та обробку її сигналiв. У випадку натиснення клавiшi контролер клавiатури генерує двiйкове число, яке фактично скен- кодом клавiшi або ASCII-кодом введеного символу. Контролер прямого доступу до пам ’ ятi (Direct Memory Access – DMA) – реалiзує можливiсть перенесення великих масивiв iнформацiї мiж оперативною пам’яттю та будь-яким пристроєм без участi центрального процесора. – органiзує чергу запитiв на обслуговування вiд рiзних пристроїв i генерує для мiкропроцесора адрес (векторiв) програм обробки переривань. Контролери гнучкого та жорсткого дискiв – забезпечують обмiн даними та керування роботою жорстких та дисководiв гнучких дискiв, пристроїв CD-ROM, магнiто-оптичних накопичувачiв та iн. Вiдеоадаптер – забезпечує необхiдне перетворення iнформацiї, попередньо розмiщеної в його пам’ятi, для вiдображення її в зручному виглядi на екранi монiтора. Використовує архiтектуру memory map, тобто пам’ять вiдеоадаптера знаходиться в межах адресного простору оперативної пам’ятi комп’ютера. Використовуюється для пiдключення монiтора. Звуковий адаптер – реалiзує можливiсть запису, обробки та вiдтворення аудiо-iнформацiї. Використовується для пiдключення акустичних систем, мiкрофонiв, побутових аудiо-приладiв. Послiдовний та паралельний порти та порт IrDA (Infra Red Data Access) – Забезпечують пiдключення до ПК найрiзноманiтнiших периферiйних пристроїв, таких, як модем, принтер, сканер, манiпулятор “миша” та iн. Порт IrDA в якостi середовища транспортування iнформацiї використовує свiтловi променi iнфрачервоного дiапазону, надає зручний спосiб пiдключення пристроїв без необхiдностi застосування електричних кабелiв. Контролер USB (Univarsal Serial Bus – унiверсальна послiдовна шина) – реалiзує принципово новий пiдхiд щодо пiдключення периферiї до ПК, дозволяє пiдключати значну кiлькiсть периферiйних пристроїв, якi, до того ж можуть знаходитися на значнiй вiдстанi вiд комп’ютера. (iнтегрованими) в материнську плату i потреби в їх встановленнi немає. 4. Периферiйнi пристрої. Периферiйнi пристрої призначенi для забезпечення вводу-виводу iнформацiї в необхiдному для оператора форматi, а також зручностi взаємодiї останнього з комп’ютером. Периферiйнi пристрої бувать зовнiшнiми або вбудованими. здiйснюється за допомогою спецiальних сигнальних кабелiв через вiдповiднi пристрої вводу-виводу. В зовнiшньому виконаннi виготовляються пристрої, якi мають значну споживану потужнiсть, або з ергономiчних мiркувань (з точки зору зручностi використання) не можуть бути виготовленi у внутрiшньому виконаннi. Внутрiшнi периферiйнi пристрої не мають власного блоку живлення, а тому використовують блок живлення комп’ютера i є вбудованими в його системний блок. Зв’язок мiж комп’ютером i такими пристроями реалiзується за допомогою спецiальних сигнальних кабелiв (шлейфiв) через вiдповiднi пристрої вводу-виводу або безпосередньо за системною магiстраллю. Існують багато рiзновидiв периферiйних пристроїв, основними з яких є: Клавiатура. на клавiшi i тим самим замикають певне електричне коло. Основний принцип роботи клавiатури разом з схемою контролера полягає в скануваннi перемикачiв клавiш. Замиканню та розмиканню довiльного з цих перемикачiв (тобто натичненню та вiдпусканню клавiш) ставиться у вiдповiднiсть унiкальний цифровий код – скан-код, розмiром один байт. Крiм цього, при кожному розмиканнi та замиканнi перемикачiв крнтролер клавiатури iнiцiює апаратне переривання, чим змушує мiкропроцесор здiйснювати перехiд на програму обслуговування контролера. Процедура обробки переривання здiйнює читання скан-коду з контролера, його трансляцiю в розширений ASCII-код та запис цього коду до буфера, де цей код може бути прочитаний та проаналiзований будь-якою програмою. Клавiатура пiдключається до ПК через контролер клавiатури або порт IrDA i є зовнiшнiм пристроєм, хоча i не має власного блоку живлення. Монiтор i полягає в тому, що пучок електронiв, випущений з електронної гармати, попадаючи на екран, покритий люмiнофором, приводить до його свiчення. На шляху пучка електронiв розмiщенi вiдхиляюча система, яка дозволяє змiнювати напрям променя та модулятор, який регулює яскравiсть зображення. Будь-яке текстове чи графiчне зображення на екранi складається з множини пiдсвiчених дискретних точок люмiнофору – пiкселiв. Електронний промiнь перiодично проходить через весь екран, по мiрi його руху вiдеосигнал, який подається на модулятор, змiнює яскравiсть певних пiкселiв, що в результатi приводить до утворення зображення. Кiлькiсть пiкселiв, якi розмiщенi вздовж горизонтальної та вертикальної сторiн екрану визначають т. з. роздiльну здатнiсть монiтора, вiд якої безпосередньо залежить якiсть зображення. В кольорових монiторах пiксель складається з трьох точок, заповнених люмiнофором червоного (Red), зеленого (Green) та синього (Blue) кольорiв, тому такi монiтори iнколи називаються RGB-монiторами. Основним керуючим сигналом для монiторiв є вiдеосигнал, який формується платою вiдеоадаптера. Вiн може бути цифровим, тобто мати лише певнi логiчнi рiвнi, або аналоговим – неперервним. Сучаснi монiтори використовують т. з. рiдкокристалiчний екран, що суттєво покращує їх технiчнi характеристики, зменшує габарити та споживану потужнiсть а також шкiдливий вплив на оператора. Пiдключається до ПК через вiдеоадаптер i є зовнiшнiм пристроєм. Манiпулятор “миша”та трекбол . Є зручним iнструментом керування комп’ютером, особливо, якщо на останньому виконуються програми з графiчним iнтерфейсом користувача. Є електронно-механiчним пристроєм, який вiдслiдковує власне перемiщення на поверхнi i передає дану iнформацiю до ПК, який, обробивши її, вiдповiдним чином реагує. Власного блоку живлення не має, хоча i виготовляється в зовнiшньому виконаннi iпiдключається до ПК через послiдовний порт або порт IrDA. Дисководи гнучких магнiтних дискiв ( . Призначенi для запису та читання iнформацiї на змiнних магнiтних носiях – гнучких дисках (дискетах). Дискети (а вiдповiдно, i дисководи) бувають двох форматiв; 5. 25 та 3. 5 дюймовими (1 дюйм » 2. 25 см.). Інформацiя на магнiтних носiях зберiгається у виглядi дiлянок намагнiченостi покритого магнiтним шаром матерiалу. Магнiтне поле намагнiченої дiлянки може мати рiзну полярнiсть, одна з яких вiдповiдає рiвню логiчного нуля, iнша – рiвню логiчної одиницi. Дисководи гнучких магнiтних дискiв, як правило, є внутрiшнiми пристроями i пiдключаються до ПК через контролер гнучких дискiв. Накопичувачi на жорстких магнiтних дисках (HDD – Hard Disk Drive) . Реалiзують збереження iнформацiї на незмiнних магнiтних носiях. В порiвняннi з гнучкими магнiтними дисками (дискетами) можуть зберiгати набагато бiльшi об’єми iнформацiї i здiйснювати її читання/запис набагато швидше. В накопичувачах на жорстких магнiтних дисках використовуються декiлька носiїв iнформацiї (найчастiше 2 або 3), якi представляють магнiтнi пластини, жорстко закрiпленi на спiльнiй осi i помiщенi разом iз системою зчитування-запису герметичному корпусi. Обертання осi (шпiнделя) диску приводить до утворення мiж головками зчитування-запису та поверхнями пластин невеликого повiтряного зазору, що повнiстю усуває механiчний контакт головок з пластинами, пiдвищуючи тим самим надiйнiсть пристрою. (Integrated Drive Electronics) та SCSI (Small Computer System Interfacre) Дисководи запис та багаторазове читання – CD-R, багаторазове читання та запис (CD-RW). Оптичнi диски можуть зберiгати 650-700 МБайт (1 Байт = 1024 кБайт =1 048 576 байт), диски DVD – приблизно в 40 разiв бiльше. Інформацiя на оптичних дисках зберiгається у виглядi чергування дiлянок, якi вiдбивають або поглинають свiтло; зчитування та запис здiйснюється за допомогою лазерних променiв. Стримери касетнi накопичувачi. Бувають внутрiшнiми (пiдключаються через контролер жорстких дискiв) i зовнiшнiми (пiдключаються через послiдовний або паралельний порти). Принтери . Призначенi для вiдображення текстової та графiчної iнформацiї на паперi та iнших матерiалах. Технологiї фiксування iнформацiї можуть бути рiзними, найпоширенiшми з яких є матрична, лазерна та струменева. Матрична (або матрично-ударна) технологiя базується на отриманнi вiдбитку зображення на паперових носiях шляхом перенесення барвника на останнiй з фарбуючої стрiчки. Перенесення зображення здiйснюється кареткою, яка мiстить набiр голок, кожна з яких, вдаряючи по паперi через фарбуючу стрiчку в потрiбних позицiях, формує вiдбиток однiєї точки зображення. Результуюче зображення фактично є сукупнiстю вiдбиткiв точок, а вартiсть такого зображення є найнижчою, в порiвняннi з iншими технологiями друку. струменевi пристрої фактично безшумними. За допомогою струменевої технологiї досить легко реалiзується друк кольорових зображень а якiсть друку є досить високою. Вартiсть струменевих принтерiв є нижчою за матричнi, однак експлуатацiйнi витрати набагато перевищують аналогiчнi витрати для матричних принтерiв. В пристроях з лазерною або LED-технологiєю друку для формування зображення використовуються сипучий барвник – тонер, який фактично є дрiбним зарядженим порошком. до заряджених дiлянок паперу i фiксуються шляхом нагрiвання лазерним променем, в LED-пристроях замiсть лазерних променiв використовуються променi свiтлодiодiв. Лазернi та LED-принтери забезпечують найвищу якiсть та швидкiсть друку при достатньо низьких експлуатацiйних витратах (вищих, нiж в матричних, проте менших, нiж в струменевих принтерах. Принтери є зовнiшнiми пристроями i пiдключаються до ПК через послiдовний або паралельний порти. Модеми . Дозволяють передавати iнформацiю на значнi вiдстанi за телефонними каналами зв’язку. За допомогою модемiв реалiзуються глобальнi комп’ютернi мережi – WAN – Wide Area Network). Модеми виготовляються в зовнiшньому або внутрiшньому виконаннi; зовнiшнi модеми пiдключаються через послiдовний порт, внутрiшнi – безпосередньо до системної магiстралi комп’ютера. . Забезпечують ввiд-вивiд аудiо-iнформацiї. Є зовнiшнiми пристроями, акустичнi системи можуть бути активними (обладнаними власним блоком живлення та пiдсилювачем звукового сигналу), пiдключаються до ПК через звуковий адаптер. Сканери . Призначенi для вводу текстової та графiчної iнформацiї безпосередньо з паперових носiїв. Є зовнiшнiми пристроями: пiдключаються до ПК через паралельний порт або спецiалiзований контролер, який входить до комплекту поставки. 5. Програмне забезпечення. Фактично комп’ютер складається з двох компонентiв: апаратного забезпечення (hardware) та програмного забезпечення (software). Якщо апаратне забезпечення є матерiальною базою комп’ютера, то програмне забезпечення, в деякiй мiрi, є його “iнтелектом”, i саме властивостi останнього визначають можливiсть практичного використання комп’ютера. (через сервiснi функцiї базовою системою вводу виводу – BIOS) покладено на програмне забезпечення. З iншого боку, програми, якi автоматизують якусь конкретну сферу дiяльностi повиннi бути незалежними вiд обладнання, тобто повиннi виконуватися на комп’ютерах з рiзним складом апаратури та периферiї. У вiдповiдностi з цим iснують декiлька категорiй програмного забезпечення – системне та прикладне (Applications). До функцiй системного програмного забезпечення належать забезпечення керування апаратурою, сервiсне обслуговування, реалiзацiя вiдносно нескладних методiв взаємодiї комп’ютера з користувачем а також забезпечення апаратної незалежностi прикладних програм. До складу системного програмного забезпечення входять операцiйнi системи, драйвери пристроїв, сервiснi програми (утилiти). Операцiйна система – це програма: яка дозволяє користувачевi працювати з комп’ютером шляхом активiзацiї необхiдних команд; при цьому команда може бути внутрiшньою (тобто входити до складу операцiйної системи) або зовнiшньою (iснувати у виглядi окремо розробленої програми. Операцiйна система здiйснює запуск та припинення роботи програми, розподлiл оперативної пам’ятi мiж кiлькома програмами при наявностi мультизадачного режиму, надає прикладному програмному забезпеченню в розпорядження набiр сервiсних функцiй. При цьому операцiйна система може працювати з апаратурою комп’ютера безпосередньо, або ж користуватися сервiсними функцiями бiльш низького рiвня – функцiями BIOS. Оскiльки першою виконуваною пiсля включення комп’ютера програмою є програма початкового завантаження, то саме ця програма реалiзує завантаження до пам’ятi та запуск операцiйної системи. Пiсля завантаження до пам’ятi зовнiшньої програми операцiйна система передає їй управлiння, а пiсля завершення роботи програми управлiння повертається операцiйнiй системi, тобто остання присутня в пам’ятi комп’ютера постiйно. операцiйнiй системi працювати з рiзноманiтними пристроями без замiни чи модернiзацiї програмного коду останньої; тобто механiзм драйверiв реалiзує вiдкриту архiтектуру операцiйних систем. Драйвери стандартних пристроїв, найчастiше, є складовими частинами операцiйних систем; драйвери спецiалiзованих пристроїв є окремими програмами, якi постачаються разом з пристроями, для яких вони призначенi. Сервiснi програми (утилiти) забезпечують сервiсне обслуговування комп’ютера (передусiм у контекстi забезпечення цiлiсностi iнформацiї, яка зберiгається на жорсткому диску). До таких програм належать архiватори, антивiруснi програми, рiзноманiтнi програми тестування обладнання та визначення їх характеристик. Інколи до складу таких програм вiдносять i т. з. iнструментальнi засоби – мови програмування i т. д. Прикладне програмне забезпечення орiєнтоване на автоматизацiю якоїсь конкретної галузi. Його функцiї, як правило, полягають у накопиченнi, збереженнi та спецiфiчної для даної галузi обробки вiдповiдних даних та наданнi користувачам послуг у планi зручного вiдображення, впорядкування, введення або вилучення iнформацiї чи результатiв обробки. Прикладнi програми, як правило, не реалiзують функцiї управлiння апаратними засобами комп’ютера i найчастiше, взаємодiють з ними через сервiснi функцiї операцiйної системи, драйвери пристроїв або за допомогою можливостей, якi надаються базовою системою вводу-виводу – BIOS (мал. 5. 1), хоча можливiсть безпосередньої роботи прикладних програм з апаратурою не виключається. Прикладнi програми, в порiвняннi з системними, мають свою, жорстко визначену сферу використання, i широкий набiр функцiональних можливостей в данiй сферi, тому вони є менш унiверсальними i мають вищу вартiсть. Приклад прикладного програмного забезпечення iз досить широкою сферою використання – це т. з. офiсне ПЗ – набiр прикладних програм, основними з яких є: програма обробки текстових документiв (текстовий процесор), програма роботи з електронними таблицями та програма роботи з базами даних. Так, до складу найпопулярнiшого комплекту офiсного ПЗ Microsoft Office фiрми Microsoft Corporation входять текстовий процесор Microsoft Word, електроннi таблицi Microsoft Excel, система керування базами даних СКБД Microsoft Acces та iн. якої-небудь конкретної областi дiяльностi пов’язана з необхiднiстю придбання або створення вiдповiдного прикладного програмного забезпечення. Висновки Основними компонентами комп’ютера є його апаратне (hardware) та програмне (software) забезпечення, причому апаратне забезпечення служить фундаментальною базою для функцiонування програмного забезпечення. В основу функцiонування комп’ютера покладено принцип програмного керування, який передбачає наявнiсть обчислювача (процесора), який реалiзує виконання програми, та оперативної пам’ятi, яка реалiзує функцiї зберiгання програми та даних в процесi здiйснення обробки. Для вводу-виводу iнформацiї та управлiння процесом виконання програми призначенi периферiйнi пристрої, якi взаємодiють з комп’ютером через вiдповiднi пристрої вводу-виводу. Процес обробки даних жорстко обмежений лише командами програми обробки а будь-яке твердження, що комп’ютер може самостiйно здiйснювати аналiз та приймати рiшення є хибним. Виконання програми обробки реалiзуються мiкропроцесором шляхом послiдовного читання з пам’ятi та наступного виконання команд програми. Управлiння пристроями вводу-виводу здiйснюється шляхом виконання програм обслуговування даних пристроїв; передача управлiння таким програмам реалiзується за допомогою механiзму переривань. Сучаснi комп’ютери проектуються за магiстрально-модульним принципом, в основу якого покладено поняття модуля та магiстралi. Обмiн даними мiж модулями здiйснюється за допомогою системної магiстралi шляхом виконання циклiв шини – послiдовностi керуючих сигналiв, яка забезпечує повний цикл доступностi даних одного модуля iншому. Пристрiй – iнiцiатор обмiну називається Master, а пристрiй-кореспондент – Slave. Магiстрально-модульна органiзацiя забезпечує можливiсть тривалого вдосконалення апаратної бази комп’ютера шляхом встановлення/замiни модулiв, що є основою вiдкритостi архiтектури комп’ютера. Програми обробки iнформацiї та програми керування апаратурою в сукупностi становлять програмне забезпечення комп’ютера (software). Існують поняття системного та прикладного (applications) програмного забезпечення. Основою системного ПЗ є операцiйна система, яка забезпечує можливiсть ефективної взаємодiї користувача з комп’ютером шляхом iнiцiювання необхiдних команд або зовнiшнiх програм. Системне програмне забезпечення є фундаментальною базою для роботи прикладного програмного забезпечення. для конкретної областi дiяльностi, що зумовлює порiвняно невисокий рiвень їх унiверсальностi, а автоматизацiя виконання конкретних завдань вимагає придбання або створення програм для вирiшення таких завдань. Саме на прикладному рiвнi реалiзуються до певного рiвня “iнтелектуальнi” можливостi комп’ютера. Список скорочень АЛП – арифметико-логiчний пристрiй. ЕОМ – електронно-обчислювальна машина. ЕПТ – електронно-променева трубка. ПЗ – програмне забезпечення. ПК – пристрiй керування. СКБД – система керування базами даних. ША – шина адреси (адресна шина). ШД – шина даних. ШЖ – шина живлення. ASCII – American Standard Code for Information Interchange – американський стандартний код для обмiну iнформацiєю. CD-R – Compact Disk – Recordable – оптичний диск з можливiстю однократного запису. CD-ROM – Compact Disk – Read Only Memory – оптичний диск тiльки для читання. CD-RW – Compact Disk – ReWritable – оптичний диск з можливiстю перезапису. CPU – Central Processing Unit – центральний процесор. DDR – Double Data Rate – оперативна пам’ять з подвоєною швидкiстю читання-запису iнформацiї DIMM – Double In-line Memory Module – модуль пам’ятi з двома контактними групами. DIP – Dual In-line Memory Package – мiкросхема з дворядним розмiщенням контактiв. DMA – Direct Memory Access – прямий доступ до пам’ятi. DRAM – Dynamic Random Access Memory – динамiчна пам’ять iз довiльним доступом. DVD – Digital Video Drive – цифровий вiдео диск (оптичний). FDD – Floppy Disk Dvrive – накопичувач на гнучких магнiтних дисках. HDD – Hard Disk Drive – накопичувач на жорстких магнiтних дисках. IDE – Integrated Device Electronics – iндерфейс пiдключення жорстких дискiв. IrDA – Infra-red Data Access – iнфрачервоний порт. LAN – Local Area Network – локальна комп’ютерна мережа. RAM – Random Access Mеmory – пам’ять iз довiльним доступом. RDRAM – Rambus Direct Random Access Memory – оперативна пам’ять, розроблена фiрмою Rambus. RGB – Red, Green, Blue – система формування кольорових зображень шляхом використання точок червоного, зеленого та синього кольорiв. RIMM – Rambus In-line Memory Module – модуль пам’ятi RDRAM. ROM – Read-Only Memory – пам’ять тiльки для читання. SCSI – Small Computer System Interface – iнтерфейс малих комп’ютерiв. SIMM – Single In-line Memory Module – модуль пам’ятi з однiєю контактною групою. USB – Universal Serial Bus – унiверсальна послiдовна шина. 1. Владимир Возняк. Память и Кэш. Стандарты, разработки, тенденции. Компьютерное обозрение, № 42 (66) от 6 ноября 1996 г. с. 9 4. А. Борзенко. «Практическая энциклопедия по аппаратному обеспечению IBM PC». – Киев, «Диалектика», 1994 г. 5. Питер Абель. «Язык Ассемблера для IBM PC и программирования». – Москва, «Высшая школа», 1993 г. [1] Програмна сумiснiсть означає можливiсть функцiонування старих програм на комп’ютерах нових моделей. Апаратна сумiснiсть передбачає можливiсть використання окремих апаратних блокiв старих моделей в нових комп’ютерах. [2] Вiд англiйського Binary DigiT – двiйкова цифра. [3] Однойменнi контакти – маються на увазi контакти, на яких дiють сигнали однакового функцiонального призначення. [4] Зверненням прийнято називати процес читання або запису з/до пам’ятi або пристрою вводу-виводу. [5] Обмiном називається процес передачi даних вiд одного функцiонального модуля до iншого. [6] Перериванням (interrupt) називається процес призупинення виконання поточної програми на користь програми обслуговування одного з функцiональних блокiв комп’ютера, з наступним продовженням виконання поточної програми. [7] Пiд питомою iнформацiйною ємнiстю розумiють кiлькiсть запам’ятовуючих елементiв, якi можуть бути розмiщеними на одиницi площi напiвпровiдникового кристалу мiкросхеми. можливо некоректного виконання цього процесу працездатнiсть комп’ютера можна вiдновити лише за допомогою спецiального обладнання. [9] Існують пристрої вводу-виводу, якi працюють за так-званим принципом вiдображення на пам’ять (архiтектура Memory mapped). В цьому випадку адреснi простори деякого фрагменту пам’ятi та такого пристрою повнiстю спiвпадають.