Personal-Computer-Architektur. Zweck der Hauptkomponenten. Funktionsmerkmale des Computers. Das Prinzip der offenen Computerarchitektur und moderne Entwicklungstrends Computerarchitektur und logische Geräte

Einführung………………………………………………………. 3

1. Theoretischer Teil…………………………………………….. 4

1.1. Grundlegende Konzepte zur Architektur eines modernen PCs………4

1.2. Klassifizierung architektonischer Elemente

moderner PC……………………………………………………….. 5

1.3. Detaillierte Eigenschaften architektonischer Elemente

moderner PC……………………………………………………….. 6

2. Praktischer Teil……………………………………………. 14

2.1. Allgemeine Merkmale der Aufgabe…………………………….. 14

2.2. Beschreibung des Algorithmus zur Lösung des Problems……………………….. 16

Fazit……………………………………………………24

Liste der verwendeten Literatur……………………….. 25

Einführung

Das Aufkommen von Personalcomputern ist ein revolutionärer Durchbruch an der Spitze der Entwicklung der Informationstechnologie. Personalcomputer haben in Büros, Handelsunternehmen, Fabriken und zu Hause ihren festen Platz erobert. Heute ist der Computer ein Assistent in unserem Geschäft und eine Quelle der neuesten Nachrichten aus dem World Wide Web – dem Internet – und ein Mittel der mobilen Kommunikation, mit dem Sie Informationen schnell per E-Mail senden und empfangen können.

Der Benutzer muss die PC-Architektur kennen, denn... Ohne Kenntnis der Prozesse, die im Computer ablaufen, den für die Arbeit notwendigen Grundgeräten, wird der Benutzer nicht in der Lage sein, seine Bedürfnisse zur Ausführung bestimmter Aufgaben zu erkennen.

Im theoretischen Teil dieser Studienarbeit wird die Architektur eines modernen PCs betrachtet, seine Elemente werden im Detail untersucht: Mikroprozessor; Taktgenerator; System Bus; Haupterinnerung; Externer Speicher; Stromversorgung; Timer; Externe Geräte; Informationseingabe- und -ausgabegeräte; Multimedia-Tools; Intra-Machine-Schnittstelle.

Im praktischen Teil dieser Studienarbeit wird die Aufgabe gelöst, eine Kostenaufstellung für den Einkauf von Kraft- und Schmierstoffen zu erstellen. Dieses Problem wurde mit Microsoft Office Excel gelöst.

Zur Durchführung der Kursarbeit wurde folgende Hardware und Software verwendet: Intel (R) Pentium (R) 4 CPU, Betriebssystem Microsoft Windows XP Professional, Programme – Microsoft Office Word 2007, Microsoft Office Excel 2007.

Theoretischer Teil

1. Grundlegende Konzepte zur modernen PC-Architektur

Ein Computer ist ein multifunktionales elektronisches Gerät zum Speichern, Verarbeiten und Übertragen von Informationen. Unter Computerarchitektur versteht man eine Reihe allgemeiner Prinzipien zur Organisation von Hardware und Software und deren Eigenschaften, die die Funktionalität eines Computers bei der Lösung verschiedener Probleme bestimmen. 8, S. 22

Der Aufbau der meisten Computer basiert auf den 1945 von John von Neumann formulierten Prinzipien:

Das Prinzip der Programmsteuerung (ein Programm besteht aus einer Reihe von Befehlen, die vom Prozessor automatisch nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden).

Das Prinzip der Speicherhomogenität (Programme und Daten werden im selben Speicher gespeichert; Befehle können auf die gleiche Weise wie Daten verarbeitet werden).

Das Prinzip der Adressierung (der Hauptspeicher besteht strukturell aus nummerierten Zellen).

Auf diesen Prinzipien aufgebaute Computer haben eine klassische Architektur (von Neumann-Architektur). Von Neumann stellte nicht nur die Grundprinzipien der logischen Struktur eines Computers dar, sondern schlug auch dessen Struktur vor, die während der ersten beiden Computergenerationen reproduziert wurde. Die Architektur eines PCs bestimmt das Funktionsprinzip, die Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten eines Computers: Zentralprozessor, Hauptspeicher, externer Speicher, Peripheriegeräte. Ein charakteristisches Merkmal der von Neumann-Architektur ist, dass der Speicher ein einzelner Adressraum ist, der sowohl Programme als auch Daten speichert. 4, S. 466

In modernen Computern bleibt die von Neumann-Architektur in Form eines Kerns erhalten, um den neue Blöcke wachsen.

Klassifizierung moderner PC-Architekturelemente

Die Architektur eines Computers wird durch die Gesamtheit seiner für den Benutzer wichtigen Eigenschaften bestimmt. Der Aufbau und die Funktionalität der Maschine können in grundlegende und zusätzliche unterteilt werden. Basic Funktionen bestimmen den Zweck des Computers: Informationen verarbeiten und speichern, Informationen mit externen Objekten austauschen. Zusatzfunktionen erhöhen die Effizienz bei der Ausführung von Grundfunktionen: Sie sorgen für effektive Betriebsmodi, Dialog mit dem Benutzer, hohe Zuverlässigkeit usw. Die Funktionen eines Computers werden über seine Komponenten implementiert: Hardware und Software.

Ein moderner PC beinhaltet: Mikroprozessor (MP); Taktgenerator; System Bus; Hauptspeicher (RAM); Externer Speicher; Stromversorgung; Timer; externe Geräte (ED) (externe Speichergeräte (ESD) oder externer PC-Speicher; Benutzerdialog-Tools; Informationseingabe- und -ausgabegeräte; Multimedia-Tools; Intra-Machine-Schnittstelle; Erweiterungsbusse; lokale Busse.

Reis. 1. Blockschaltbild eines Personalcomputers 5, S. 130

Detaillierte Eigenschaften architektonischer Elemente

moderner PC

Konstruktiv sind PCs in Form einer zentralen Systemeinheit aufgebaut, an die über Anschlüsse externe Geräte angeschlossen werden: zusätzliche Speichergeräte, Tastatur, Display, Drucker etc.

Systemeinheit Dazu gehören in der Regel die Systemplatine, das Netzteil, Festplattenlaufwerke, Zubehöranschlüsse usw Erweiterungskarten mit Controllern - Adapter externer Geräte.

An Hauptplatine, Mainboard, Motherboard(Hauptplatine), normalerweise lokalisiert: Mikroprozessor; mathematischer Coprozessor; Taktgenerator; RAM- und ROM-Blöcke (Chips); Tastaturadapter, HDD und HDD; Interrupt-Controller; Timer usw.

Ein Mikroprozessor (MP) ist die zentrale Einheit eines PCs, die den Betrieb aller Maschinenblöcke steuert und arithmetische und logische Operationen an Informationen durchführt.

Der Mikroprozessor umfasst:

Steuergerät (CU) – erzeugt und liefert zum richtigen Zeitpunkt bestimmte Steuersignale an alle Einheiten der Maschine, die durch die Besonderheiten des durchgeführten Vorgangs und die Ergebnisse früherer Vorgänge bestimmt werden; generiert Adressen von Speicherzellen, die von der ausgeführten Operation verwendet werden, und überträgt diese Adressen an die entsprechenden Computerblöcke; das Steuergerät empfängt eine Referenzimpulsfolge vom Taktimpulsgenerator;

Arithmetisch-logische Einheit (ALU) – entwickelt, um alle arithmetischen und logischen Operationen an numerischen und symbolischen Informationen auszuführen;

Mikroprozessorspeicher (MPM) – dient der kurzfristigen Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen, die direkt in Berechnungen in den nächsten Betriebszyklen der Maschine verwendet werden, da der Hauptspeicher (RAM) nicht immer die erforderliche Geschwindigkeit zum Schreiben, Suchen und Lesen von Informationen bietet der effiziente Betrieb eines Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessors;

Mikroprozessor-Schnittstellensystem – implementiert die Kopplung und Kommunikation mit anderen PC-Geräten; umfasst eine interne MP-Schnittstelle, Pufferspeicherregister und Steuerschaltungen für Ein-/Ausgabeanschlüsse (I/O) und den Systembus. Eine Schnittstelle ist eine Reihe von Mitteln zum Koppeln und Kommunizieren von Computergeräten, um deren effektive Interaktion sicherzustellen. Eingabe-/Ausgabe-Port (I/O – Eingabe-/Ausgabe-Port) – Schnittstellenausrüstung, die es Ihnen ermöglicht, ein anderes PC-Gerät an den Mikroprozessor anzuschließen.

Taktgenerator

Es erzeugt eine Folge elektrischer Impulse; Die Frequenz der erzeugten Impulse bestimmt die Taktfrequenz der Maschine. Das Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen bestimmt die Zeit eines Maschinenbetriebszyklus oder einfach den Maschinenbetriebszyklus.

Die Frequenz des Taktimpulsgenerators ist eines der Hauptmerkmale eines Personalcomputers und bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit seines Betriebs, denn Jeder Arbeitsgang in der Maschine wird in einer bestimmten Anzahl von Zyklen ausgeführt.

System Bus. Dies ist das Hauptschnittstellensystem eines Computers, das die Kopplung und Kommunikation aller seiner Geräte untereinander gewährleistet.

Der Systembus umfasst:

Code-Datenbus(KSD), enthält Drähte und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des numerischen Codes;

Adresscode-Bus(KSA), einschließlich Leitungen und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des Adresscodes einer Hauptspeicherzelle oder eines Ein-/Ausgabeports eines externen Geräts;

Befehlscodebus(KShI), enthält Drähte und Schnittstellenschaltungen zur Übertragung von Anweisungen (Steuersignale, Impulse) an alle Blöcke der Maschine;

Energiebus, mit Leitungen und Schnittstellenschaltungen zum Anschluss von PC-Einheiten an das Stromversorgungssystem.

Der Systembus bietet drei Richtungen der Informationsübertragung:

zwischen Mikroprozessor und Hauptspeicher;

zwischen dem Mikroprozessor und den Ein-/Ausgabeanschlüssen externer Geräte;

zwischen dem Hauptspeicher und den I/O-Ports externer Geräte (im Direktspeicherzugriffsmodus).

Alle Blöcke bzw. ihre I/O-Ports werden auf die gleiche Weise über die entsprechenden einheitlichen Anschlüsse (Verbindungen) an den Bus angeschlossen: direkt oder durch conController (Adapter). Der Systembus wird vom Mikroprozessor entweder direkt oder häufiger über einen zusätzlichen Chip gesteuert – Bus-Controller, Erzeugen der Hauptsteuersignale. Der Informationsaustausch zwischen externen Geräten und dem Systembus erfolgt über ASCII-Codes.

Hauptspeicher (RAM). Es dient der Speicherung und dem zeitnahen Austausch von Informationen mit anderen Einheiten der Maschine. Das OP enthält zwei Arten von Speichergeräten: Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM).

Rom dient der Speicherung unveränderlicher (permanenter) Programm- und Referenzinformationen; es ermöglicht Ihnen, schnell nur die darin gespeicherten Informationen zu lesen (die Informationen im ROM können nicht geändert werden).

RAM Entwickelt für die Online-Aufzeichnung, Speicherung und Auslesung von Informationen (Programmen und Daten), die direkt am Informations- und Rechenprozess beteiligt sind, der von einem PC im aktuellen Zeitraum ausgeführt wird. Die Hauptvorteile von RAM sind seine hohe Leistung und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (direkter Adresszugriff auf die Zelle). Als Nachteil des RAM ist zu beachten, dass nach dem Ausschalten der Maschine keine Informationen darin gespeichert werden können (Volatilitätsabhängigkeit).

Externer Speicher. Es bezieht sich auf externe Geräte des PCs und dient der langfristigen Speicherung aller Informationen, die zur Lösung von Problemen benötigt werden. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware im externen Speicher gespeichert. Externer Speicher enthält verschiedene Arten von Speichergeräten, aber die gebräuchlichsten, die auf fast jedem Computer verfügbar sind, sind Festplattenlaufwerke (HDD) und Diskettenlaufwerke (FLMD).

Der Zweck dieser Laufwerke besteht darin, große Informationsmengen zu speichern, gespeicherte Informationen aufzuzeichnen und auf Anfrage in einem Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff freizugeben. Festplattenlaufwerke und Flachplattenlaufwerke unterscheiden sich lediglich im Design, der Menge der gespeicherten Informationen und der Zeit, die zum Suchen, Aufzeichnen und Lesen von Informationen benötigt wird.

Als externe Speichergeräte werden auch Speichergeräte auf Kassetten-Magnetband (Streamer), optische Laufwerke (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – CD mit Nur-Lese-Speicher) usw. verwendet.

Stromversorgung. Dies ist ein Block, der autonome und vernetzte Stromversorgungssysteme für einen PC enthält.

Timer. Hierbei handelt es sich um eine in die Maschine eingebaute elektronische Uhr, die bei Bedarf eine automatische Aufzeichnung des aktuellen Zeitpunkts (Jahr, Monat, Stunden, Minuten, Sekunden und Sekundenbruchteile) ermöglicht. Der Timer ist an eine autonome Stromquelle – eine Batterie – angeschlossen und läuft weiter, wenn die Maschine vom Netzwerk getrennt wird.

Externe Geräte (ED). Dies ist die wichtigste Komponente eines jeden Computerkomplexes. Es genügt zu sagen, dass VAs im Hinblick auf die Kosten manchmal 50–80 % des gesamten PCs ausmachen. Die Möglichkeit und Wirksamkeit des Einsatzes von PCs in Steuerungssystemen und in der gesamten Volkswirtschaft hängt maßgeblich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Computers ab.

PC-Computer sorgen für die Interaktion der Maschine mit der Umgebung: Benutzern, Steuerobjekten und anderen Computern. VE sind sehr vielfältig und können nach einer Reihe von Merkmalen klassifiziert werden. Somit lassen sich je nach Verwendungszweck folgende Gerätetypen unterscheiden:

externe Speichergeräte (ESD) oder externer PC-Speicher;

Benutzerdialog-Tools;

Informationseingabegeräte;

Informationsausgabegeräte;

Kommunikations- und Telekommunikationsmittel.

Dialogwerkzeuge Zu den Benutzergeräten zählen Videomonitore (Displays), seltener ferngesteuerte Schreibmaschinen (Drucker mit Tastatur) und Spracheingabe-/-ausgabegeräte.

Videomonitor (Anzeigen)- ein Gerät zur Anzeige der Informationseingabe und -ausgabe von einem PC.

Geräte zur Spracheingabe/-ausgabe gehören zu den schnell wachsenden Medien. Bei Spracheingabegeräten handelt es sich um verschiedene Mikrofonakustiksysteme, beispielsweise „Soundmäuse“, mit komplexer Software, die es ihnen ermöglicht, von einer Person gesprochene Buchstaben und Wörter zu erkennen, zu identifizieren und zu kodieren.

Sprachausgabegeräte sind verschiedene Klangsynthesizer, die digitale Codes in Buchstaben und Wörter umwandeln, die über Lautsprecher (Lautsprecher) oder an einen Computer angeschlossene Lautsprecher wiedergegeben werden. 5, S. 130-133

Zu Informationseingabegeräten betreffen:

Tastatur- ein Gerät zur manuellen Eingabe von Zahlen-, Text- und Steuerinformationen in einen PC;

Grafiktabletts (Digitalisierer)- zur manuellen Eingabe grafischer Informationen und Bilder durch Bewegen eines speziellen Zeigers (Stifts) über das Tablet;

Scanner(Lesegeräte) – zum automatischen Lesen von Papiermedien und zum Eingeben von maschinengeschriebenen Texten, Grafiken, Bildern, Zeichnungen in einen PC; im Scanner-Codiergerät werden im Textmodus gelesene Zeichen nach Vergleich mit Referenzkonturen durch spezielle Programme in ASCII-Codes umgewandelt und im Grafikmodus werden gelesene Grafiken und Zeichnungen in Folgen zweidimensionaler Koordinaten umgewandelt;

Manipulatoren(Zeigegeräte): Joystick- Hebelarm, Maus, Trackball- eine Kugel in einem Rahmen, Lichtstift usw. – um grafische Informationen auf dem Bildschirm einzugeben, indem die Bewegung des Cursors über den Bildschirm gesteuert wird, gefolgt von der Codierung der Cursorkoordinaten und deren Eingabe in den PC;

Touchscreen- zur Eingabe einzelner Bildelemente, Programme oder Befehle aus einer Splitscreen-Anzeige in einen PC;

Digitalkamera– ein Gerät zum Empfangen, Speichern und Übertragen von fotografischen Bildern an einen Computer. 1, S. 27

Zu Informationsausgabegeräten betreffen:

Drucker- Druckgeräte zum Aufzeichnen von Informationen auf Papier. Drucker werden je nach Druckmethode in drei Haupttypen unterteilt: Matrix, Tintenstrahl, Laser.

Plotter (Plotter)- zur Ausgabe grafischer Informationen (Grafiken, Zeichnungen, Zeichnungen) von einem PC auf Papier.

Geräte Kommunikation und Telekommunikation Wird zur Kommunikation mit Geräten und anderen Automatisierungsgeräten (Schnittstellenadapter, Adapter, Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler usw.) und zum Anschluss von PCs an Kommunikationskanäle, an andere Computer und Computernetzwerke (Netzwerkschnittstellenkarten, Übertragungsmultiplexer Daten, Modems).

Insbesondere wie in Abb. 1 Netzwerkadapter ist eine externe Schnittstelle eines PCs und dient dazu, ihn an einen Kommunikationskanal zum Austausch von Informationen mit anderen Computern anzuschließen und als Teil eines Computernetzwerks zu arbeiten. In globalen Netzwerken werden die Funktionen eines Netzwerkadapters von einem Modulator-Demodulator ausgeführt.

Multimedia(Multimedia - Multimedia) ist ein Komplex
Hardware und Software, die es einer Person ermöglichen, mit ihnen zu kommunizieren
Computer unter Verwendung einer Vielzahl natürlicher Umgebungen: Ton,
Videos, Grafiken, Texte, Animationen etc.

Eine der ersten und am häufigsten verwendeten Komponenten von Multimediageräten ist die Soundkarte und die für ihren Betrieb notwendigen akustischen Systeme, die eine Tonverarbeitung und -wiedergabe ermöglichen.

Multimedia-Akustiksysteme umfassen in erster Linie Musiklautsprecher, die den Ton verstärken und übertragen. Sie können aktiv sein, d.h. beinhalten einen Stereoverstärker und passiv, d.h. benutze es nicht.

Einen erheblichen, wenn nicht sogar den Hauptplatz nimmt das CD-ROM-Laufwerk ein, das die Arbeit mit großen Daten- und Programmmengen ermöglicht.

Um ein CD-ROM-Laufwerk zu betreiben, benötigen Sie einen Controller, um es anzuschließen und zu steuern. In der Regel werden Controller zur kompakten Unterbringung auf Soundkarten platziert.

Zum Systembus und zum PC MP mit typisch Zu den externen Geräten gehören Platinen mit integrierten Schaltkreisen, die die Funktionalität des Mikroprozessors erweitern und verbessern: mathematischer Coprozessor, Controller für direkten Speicherzugriff, Eingabe-/Ausgabe-Coprozessor, Interrupt-Controller usw.

Eigenschaften der maschineninternen Systemschnittstelle

Maschineninterne Systemschnittstelle- ein System zur Kommunikation und Verbindung von PC-Knoten und -Blöcken untereinander - ist eine Reihe elektrischer Kommunikationsleitungen (Drähte), Schnittstellenschaltungen mit Computerkomponenten, Protokolle (Algorithmen) zur Übertragung und Umwandlung von Signalen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, eine Intra-Machine-Schnittstelle zu organisieren.

Multi-Link-Schnittstelle: Jeder PC-Block ist über seine lokalen Leitungen mit anderen Blöcken verbunden. Die Multi-Connect-Schnittstelle wird in der Regel nur in den einfachsten Haushalts-PCs verwendet.

Single-Link-Schnittstelle: Alle PC-Blöcke sind über einen gemeinsamen oder Systembus miteinander verbunden.

Die wichtigsten Funktionsmerkmale des Systembusses sind: die Anzahl der von ihm bedienten Geräte und sein Durchsatz, d. h. die maximal mögliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung. Die Buskapazität hängt von seiner Kapazität ab (es gibt Busse). 8-, 16-, 32- und 64-Bit) und Taktrate, bei welcher Reifen funktioniert.

Als Systembus wurden und können in verschiedenen PCs eingesetzt werden:

Erweiterungsbusse- Allzweckbusse, mit denen Sie eine große Anzahl verschiedener Geräte anschließen können;

lokale Busse, spezialisiert auf die Wartung einer kleinen Anzahl von Geräten einer bestimmten Klasse. 5, S. 133-136

Abschluss

Im theoretischen Teil dieser Studienarbeit wird die Architektur eines modernen PCs konsequent untersucht und folgende Elemente beschrieben:

Mikroprozessor;

Taktgenerator;

System Bus;

Haupterinnerung;

Externer Speicher;

Stromversorgung;

Timer; Externe Geräte;

Informationseingabe- und -ausgabegeräte;

Multimedia-Tools;

Intra-Machine-Schnittstelle.

Der praktische Teil der Studienarbeit bietet eine Lösung für das Problem der Erstellung einer Kostenübersicht für den Einkauf von Kraft- und Schmierstoffen. Zur Lösung des Problems wurden erste Daten zu Preisen und Mengen der eingekauften Kraftstoffe herangezogen. Basierend auf diesen Daten wurden Tabellen erstellt und mithilfe des Funktionsassistenten der Durchschnittspreis von 1 Liter Kraftstoff für jede Kraftstoffart berechnet. Es wurde eine zusammenfassende Kostenaufstellung für den Kauf von Kraft- und Schmierstoffen für das Quartal erstellt und ausgefüllt, und auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnung des Durchschnittspreises von 1 Liter Kraftstoff für jeden Monat und für jede Kraftstoffart wurde eine Grafik erstellt.

Referenzliste

Zhukova E.L., Burda E.G. Informatik: Lehrbuch. – M.: Verlags- und Handelsgesellschaft „Dashkov und K“; Rostow ohne Datum: Nauka-Press, 2007. – 272 S.

Informatik: Laborworkshop für Zweitsemesterstudierende aller Fachrichtungen. – M.: Universitätslehrbuch, 2006. – 94 S.

Informatik: Richtlinien für die Erbringung von Studienleistungen zum selbstständigen Arbeiten von Studierenden im zweiten Studienjahr (erste Hochschulausbildung). - M.: Universitätslehrbuch, 2006. – 60 S.

Informatik: Lehrbuch. Hilfe für Studierende Päd. Universitäten / A.V. Mogilev, N.I. Park, E.K. Henner; Ed. E.K. Henner. – 2. Aufl., gelöscht. – M.: Verlag. Zentrum „Akademie“, 2001. – 816 S.

Informatik: Lehrbuch. – 3. Überarbeitung Hrsg./Hrsg. Prof. N.V. Makarowa. – M.: Finanzen und Statistik, 2001. – 768 S.

Mikheeva E.V. Informationstechnologien in der beruflichen Tätigkeit: Lehrbuch. Hilfe für Studierende Durchschn. Prof. Bildung / E.V. Micheeva. – 6. Aufl., gelöscht. – M.: Verlagszentrum „Akademie“, 2007. – 384 S.

Khakhutaishvili M.Sh. Informatik und Informationstechnik in der Ausbildung von Wirtschaftsfachleuten: Lehrbuch für weiterführende Fachbildungseinrichtungen der Verbraucherkooperation: Teil I / Ed. wissenschaftlich Hrsg. Dr. päd. Wissenschaften, Prof. NICHT. Astafjewa. – Mytischtschi, Moskau. Region: TsUMK der Zentralunion der Russischen Föderation, 2000. – 128 S.

Wirtschaftsinformatik: Lehrbuch / Ed. A.P. Kosarev und L.V. Eremina. – M.: Finanzen und Statistik, 2002. – 592 S.: Abb.

Obwohl moderne Computermodelle von einer breiten Palette von Marken auf dem Markt vertreten sind, sind sie in einer kleinen Anzahl von Architekturen zusammengefasst. Womit hängt das zusammen? Was ist die spezifische Architektur moderner PCs? Aus welchen Software- und Hardwarekomponenten besteht es?

Architekturdefinition

Was ist PC-Architektur? Unter diesem eher weit gefassten Begriff versteht man üblicherweise eine Reihe logischer Prinzipien für den Aufbau eines Computersystems sowie die Besonderheiten der darin eingeführten technologischen Lösungen. Die PC-Architektur kann ein Werkzeug zur Standardisierung sein. Das heißt, die darin enthaltenen Computer können nach etablierten Schemata und technologischen Ansätzen zusammengestellt werden. Die Kombination bestimmter Konzepte in einer einzigen Architektur erleichtert die Vermarktung eines PC-Modells und ermöglicht die Erstellung von Programmen, die von verschiedenen Marken entwickelt wurden, aber garantiert dafür geeignet sind. Eine einheitliche PC-Architektur ermöglicht es Herstellern von Computerhardware außerdem, aktiv zusammenzuarbeiten, um bestimmte PC-Technologiekomponenten zu verbessern.

Der fragliche Begriff kann als eine Reihe von Ansätzen zur Montage von Computern oder ihren einzelnen Komponenten verstanden werden, die auf der Ebene einer bestimmten Marke übernommen werden. In diesem Sinne kann die vom Hersteller entwickelte Architektur, die sein geistiges Eigentum ist und nur von ihm genutzt wird, als Wettbewerbsinstrument auf dem Markt fungieren. Dennoch können Lösungen verschiedener Marken manchmal einem gemeinsamen Konzept zugeordnet werden, das Schlüsselkriterien vereint, die Computer verschiedener Modelle charakterisieren.

Der Begriff „PC-Architektur“ kann von der Informatik als Wissenszweig unterschiedlich verstanden werden. Die erste Interpretationsmöglichkeit besteht darin, den jeweiligen Begriff als normierendes Kriterium zu interpretieren. Nach einer anderen Interpretation ist Architektur vielmehr eine Kategorie, die es einer Herstellermarke ermöglicht, mit anderen konkurrenzfähig zu werden.

Der interessanteste Aspekt ist, wie die Geschichte und die Architektur des PCs zusammenhängen. Dies ist insbesondere die Entstehung eines klassischen logischen Schemas für den Entwurf von Computern. Betrachten wir seine Funktionen.

Klassische Computerarchitektur

Die Grundprinzipien, nach denen ein PC nach einem bestimmten logischen Schema entworfen werden sollte, wurden von John von Neumann, einem herausragenden Mathematiker, vorgeschlagen. Seine Ideen wurden von PC-Herstellern bereits in den ersten beiden Generationen umgesetzt. Das von John von Neumann entwickelte Konzept ist die klassische PC-Architektur. Was sind seine Merkmale? Von einem Computer wird erwartet, dass er aus den folgenden Hauptkomponenten besteht:

Arithmetischer und logischer Block;

Steuergeräte;

Externer Speicherblock;

RAM-Block;

Geräte zur Eingabe und Ausgabe von Informationen.

Im Rahmen dieses Schemas muss das Zusammenspiel technologischer Komponenten in einer bestimmten Reihenfolge umgesetzt werden. So gelangen zunächst Daten aus einem Computerprogramm in den PC-Speicher, die über ein externes Gerät eingegeben werden können. Das Steuergerät liest dann die Informationen aus dem Speicher des Computers und sendet sie dann zur Ausführung. Dieser Vorgang bezieht ggf. weitere PC-Komponenten mit ein.

Architektur moderner Computer

Schauen wir uns die Hauptmerkmale der Architektur moderner PCs an. Es unterscheidet sich etwas von dem Konzept, das wir oben untersucht haben, setzt es aber in vielerlei Hinsicht fort. Das Hauptmerkmal der neuesten PC-Generationen ist die arithmetische, logische Einheit sowie die Tatsache, dass Steuergeräte in einer einzigen technologischen Komponente – dem Prozessor – zusammengefasst sind. Möglich wurde dies vor allem durch das Aufkommen von Mikroschaltungen und deren weitere Verbesserung, die es ermöglichten, eine Vielzahl von Funktionen in einem relativ kleinen Computerteil unterzubringen.

Die Architektur eines modernen PCs ist auch durch das Vorhandensein von Controllern geprägt. Sie entstanden als Ergebnis einer Überarbeitung des Konzepts, bei dem der Prozessor die Funktion des Datenaustauschs mit externen Geräten übernehmen sollte. Dank der Fähigkeiten neuer integrierter Schaltkreise haben PC-Hersteller beschlossen, die entsprechende Funktionskomponente vom Prozessor zu trennen. So entstanden verschiedene Austauschkanäle sowie periphere Mikroschaltungen, die dann als Controller bezeichnet wurden. Die entsprechenden Hardwarekomponenten moderner PCs können beispielsweise den Betrieb von Festplatten steuern.

Design und Architektur moderner PCs erfordern den Einsatz eines Busses. Sein Hauptzweck besteht darin, die Kommunikation zwischen verschiedenen Hardwareelementen des Computers sicherzustellen. Seine Struktur kann das Vorhandensein spezialisierter Module implizieren, die für eine bestimmte Funktion verantwortlich sind.

IBM-Architektur

IBM hat eine PC-Architektur entwickelt, die tatsächlich zu einem der Weltstandards geworden ist. Seine Besonderheit ist seine Offenheit. Das heißt, ein darin enthaltener Computer ist kein fertiges Produkt der Marke mehr. IBM ist kein Marktmonopolist, gehört aber zu seinen Pionieren, wenn es um die Entwicklung der entsprechenden Architektur geht.

Der Benutzer oder das Unternehmen, das einen PC auf der IBM-Plattform zusammenbaut, kann selbstständig bestimmen, welche Komponenten in die Computerstruktur einbezogen werden. Es ist auch möglich, die eine oder andere elektronische Komponente durch eine fortschrittlichere zu ersetzen. Die rasante Entwicklung der Computertechnologie hat es ermöglicht, das Prinzip der offenen PC-Architektur umzusetzen.

Funktionen der Software für Computer mit IBM-Architektur

Ein wichtiges Kriterium für die Einstufung eines PCs als IBM-Plattform ist seine Kompatibilität mit verschiedenen Betriebssystemen. Und das zeigt auch die Offenheit der betrachteten Architektur. Computer der IBM-Plattform können von Windows, Linux in zahlreichen Modifikationen sowie anderen Betriebssystemen gesteuert werden, die mit PC-Hardwarekomponenten der jeweiligen Architektur kompatibel sind. Auf der IBM-Plattform können neben Software großer Marken auch verschiedene proprietäre Softwareprodukte installiert werden, deren Veröffentlichung und Installation in der Regel keiner Genehmigung durch Hardwarehersteller bedarf.

Zu den Softwarekomponenten, die in fast jedem Computer auf Basis der IBM-Plattform zu finden sind, gehört das grundlegende Ein- und Ausgabesystem, auch BIOS genannt. Es soll sicherstellen, dass die grundlegenden Hardwarefunktionen eines PCs ausgeführt werden, unabhängig davon, welches Betriebssystem darauf installiert ist. Und das ist tatsächlich ein weiteres Zeichen für die Offenheit der betreffenden Architektur: BIOS-Hersteller sind gegenüber Betriebssystem- und anderen Softwareherstellern tolerant. Tatsächlich ist die Tatsache, dass BIOS von verschiedenen Marken produziert werden kann, auch ein Kriterium für Offenheit. Funktionell sind BIOS-Systeme verschiedener Entwickler ähnlich.

Wenn auf dem Computer kein BIOS installiert ist, ist sein Betrieb nahezu unmöglich. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Betriebssystem auf dem PC installiert ist – die Interaktion zwischen den Hardwarekomponenten des Computers muss gewährleistet sein, und dies kann nur über das BIOS erreicht werden. Für die Neuinstallation des BIOS auf einem Computer sind im Gegensatz zur Installation eines Betriebssystems oder einer anderen darauf ausgeführten Software spezielle Software- und Hardwaretools erforderlich. Diese Funktion des BIOS wird dadurch bestimmt, dass es vor Computerviren geschützt werden muss.

Mithilfe des BIOS kann der Benutzer die PC-Hardwarekomponenten steuern, indem er bestimmte Einstellungen vornimmt. Und das ist auch einer der Aspekte der Offenheit der Plattform. In manchen Fällen kann das Arbeiten mit den entsprechenden Einstellungen zu einer spürbaren Beschleunigung des PCs und einer stabileren Funktion seiner einzelnen Hardwarekomponenten führen.

Das BIOS-System vieler PCs wird durch eine UEFI-Shell ergänzt, was nach Ansicht vieler IT-Spezialisten eine recht nützliche und funktionale Softwarelösung ist. Der grundlegende Zweck von UEFI unterscheidet sich jedoch nicht grundlegend von dem, was für das BIOS typisch ist. Eigentlich handelt es sich hierbei um das gleiche System, allerdings kommt die darin enthaltene Oberfläche etwas näher an das heran, was für ein PC-Betriebssystem typisch ist.

Die wichtigste Art von Software für Computer ist ein Treiber. Es ist notwendig, dass die im Computer installierte Hardwarekomponente ordnungsgemäß funktioniert. Treiber werden normalerweise von Herstellern von Computergeräten veröffentlicht. Gleichzeitig ist die entsprechende Art von Software, die mit einem Betriebssystem, beispielsweise Windows, kompatibel ist, in der Regel nicht für andere Betriebssysteme geeignet. Daher muss der Benutzer häufig Treiber auswählen, die mit bestimmten Arten von Computersoftware kompatibel sind. In diesem Sinne ist die IBM-Plattform nicht ausreichend standardisiert. Es kann vorkommen, dass ein Gerät, das unter Windows einwandfrei funktioniert, unter Linux nicht lauffähig ist, weil der Benutzer den erforderlichen Treiber nicht finden kann oder weil der Hersteller der Hardwarekomponente einfach keine Zeit hatte, den erforderlichen Typ freizugeben von Software.

Es ist wichtig, dass die Lösung, die in die Computerstruktur integriert werden soll, nicht nur mit der spezifischen Architektur, sondern auch mit anderen technologischen Elementen des PCs kompatibel ist. Welche Komponenten können bei modernen PCs ausgetauscht werden? Zu den wichtigsten gehören: Motherboard, Prozessor, RAM, Grafikkarte, Festplatten. Schauen wir uns die Besonderheiten der einzelnen Komponenten genauer an, ermitteln wir, was ihre Kompatibilität mit anderen Hardwareelementen bestimmt, und erfahren Sie auch, wie Sie das Prinzip der offenen PC-Architektur in der Praxis am besten umsetzen können.

Hauptplatine

Eine der Schlüsselkomponenten eines modernen Computers ist das Motherboard oder die Systemplatine. Es enthält Controller, Busse, Brücken und andere Elemente, die es ermöglichen, verschiedene Hardwarekomponenten miteinander zu kombinieren. Dadurch wird die moderne PC-Architektur tatsächlich umgesetzt. Mit dem Motherboard können Sie Computerfunktionen effektiv auf verschiedene Geräte verteilen. In dieser Komponente sind die meisten anderen untergebracht, nämlich Prozessor, Grafikkarte, RAM, Festplatten usw. Das BIOS, die wichtigste Softwarekomponente eines PCs, ist in den meisten Fällen in einen der Motherboard-Chips geschrieben. Es ist wichtig, dass die relevanten Elemente nicht beschädigt werden.

Beim Austausch eines Motherboards oder bei der Auswahl des richtigen Modells während des PC-Montageprozesses müssen Sie sicherstellen, dass das neue Modell mit anderen Hardwarekomponenten kompatibel ist. Es gibt also Boards, die Intel-Prozessoren unterstützen, und es gibt solche, auf denen nur Chips von AMD verbaut werden können. Es ist sehr wichtig sicherzustellen, dass das neue Board Ihre vorhandenen Speichermodule unterstützt. Bei der Grafikkarte und den Festplatten gibt es aufgrund des recht hohen Standardisierungsgrads in den jeweiligen Märkten in der Regel keine Probleme. Es ist jedoch unerwünscht, dass sich das neue Motherboard und die angegebenen Komponenten technisch zu stark unterscheiden. Andernfalls verlangsamt ein weniger produktives Element das gesamte System.

CPU

Der Hauptchip eines modernen Computers ist der Prozessor. Die offene Architektur des PCs ermöglicht es dem Benutzer, nach eigenem Ermessen einen leistungsstärkeren, produktiveren und technologisch fortschrittlicheren Prozessor auf dem Computer zu installieren. Eine solche Möglichkeit kann jedoch eine Reihe von Einschränkungen mit sich bringen. Daher ist es im Allgemeinen unmöglich, einen Intel-Prozessor durch einen AMD-Prozessor zu ersetzen, ohne eine andere Komponente – das Motherboard – auszutauschen. Es ist auch problematisch, eine Mikroschaltung anstelle einer anderen derselben Marke zu installieren, die jedoch zu einer anderen Art von Technologielinie gehört.

Wenn Sie einen leistungsstärkeren Prozessor in einen PC einbauen, müssen Sie darauf achten, dass RAM, Festplatten und Grafikkarte technologisch nicht weit dahinter zurückliegen. Andernfalls bringt der Austausch der Mikroschaltung, wie oben erwähnt, möglicherweise nicht das erwartete Ergebnis – der Computer arbeitet nicht schneller. Die Hauptindikatoren für die Prozessorleistung sind Taktrate, Anzahl der Kerne und Cache-Speichergröße. Je größer sie sind, desto schneller arbeitet der Chip.

Rom

Diese Komponente wirkt sich auch direkt auf die PC-Leistung aus. Die Hauptfunktionen von RAM entsprechen im Allgemeinen denen, die für Computer der ersten Generationen typisch waren. In diesem Sinne ist RAM eine klassische Hardwarekomponente. Dies unterstreicht jedoch seine Bedeutung: Bisher haben PC-Hersteller keine würdige Alternative dazu gefunden.

Das Hauptkriterium für die Speicherleistung ist seine Größe. Je größer es ist, desto schneller arbeitet der Computer. Außerdem haben PC-Module eine ähnliche Taktrate wie der Prozessor. Je höher er ist, desto produktiver ist der Computer. Achten Sie beim Austausch des Arbeitsspeichers darauf, dass die neuen Module mit dem Motherboard kompatibel sind.

Grafikkarte

Zu den Prinzipien der PC-Architektur der ersten Serie gehörte nicht die Aufteilung der Grafikkarte in eine separate Komponente. Das heißt, diese Hardwarelösung ist auch eines der Kriterien für die Einstufung eines Computers als moderne Generation. Die Grafikkarte ist für die Verarbeitung von Computergrafiken verantwortlich, einer der komplexesten Datenarten, die Hochleistungschips erfordert.

Diese Hardwarekomponente sollte ersetzt werden, indem ihre Hauptmerkmale mit der Leistung und dem Technologiestand von Prozessor, Speicher und Motherboard korreliert werden. Das Muster hier ist dasselbe wie das, was wir oben festgestellt haben: Es ist unerwünscht, dass die entsprechenden PC-Elemente große Leistungsunterschiede aufweisen. Bei einer Grafikkarte sind die Größe des eingebauten Speichers sowie die Taktfrequenz ihres Hauptchips die entscheidenden Kriterien.

Es kommt vor, dass das für die Verarbeitung von Computergrafiken verantwortliche Modul in den Prozessor eingebaut ist. Und dies kann nicht als Zeichen dafür gewertet werden, dass der Computer veraltet ist, im Gegenteil, ein ähnliches Muster ist bei vielen modernen PCs zu beobachten. Dieses Konzept erfreut sich bei Laptop-Herstellern größter Beliebtheit. Das ist ganz logisch: Marken müssen sicherstellen, dass dieser Computertyp kompakt ist. Eine Grafikkarte ist eine ziemlich große Hardwarekomponente; ihre Größe ist meist deutlich größer als der Prozessor oder das Speichermodul.

Festplatten

Auch die Festplatte ist eine klassische Computerkomponente. Gehört zur Kategorie der permanenten Speichergeräte. Typisch für die moderne PC-Architektur. Festplatten speichern häufig den Großteil der Dateien. Es ist festzuhalten, dass diese Komponente hinsichtlich der Spezifikationen von Motherboard, Prozessor, RAM und Grafikkarte zu den am wenigsten anspruchsvollen gehört. Aber auch hier gilt: Wenn die Festplatte eine geringe Leistung aufweist, besteht die Möglichkeit, dass der Computer langsam ist, selbst wenn andere High-Tech-Hardwarekomponenten darauf installiert sind.

Das Hauptkriterium für die Festplattenleistung ist die Rotationsgeschwindigkeit. Auch die Lautstärke ist wichtig, die Bedeutung dieses Parameters hängt jedoch von den Bedürfnissen des Benutzers ab. Verfügt der Computer über eine Festplatte mit geringer Kapazität und sehr hohen Geschwindigkeiten, dann arbeitet der PC schneller als mit hoher Kapazität und niedriger Drehzahl der entsprechenden Geräteelemente.

Motherboard, Prozessor, RAM und Grafikkarte sind die internen Komponenten eines PCs. Eine Festplatte kann entweder intern oder extern sein und ist in diesem Fall meist austauschbar. Die wichtigsten Analoga einer Festplatte sind Flash-Laufwerke und Speicherkarten. In einigen Fällen können sie diese vollständig ersetzen. Wenn möglich, empfiehlt es sich jedoch dennoch, Ihren PC mit mindestens einer Festplatte auszustatten.

Das Konzept der offenen PC-Architektur beschränkt sich natürlich nicht nur auf die Möglichkeit, diese fünf Komponenten auszutauschen und auszuwählen. Es gibt viele Geräte für andere Zwecke, die Teil eines Computers sind. Dies sind DVD- und Blue-Ray-Laufwerke, Soundkarten, Drucker, Scanner, Modems, Netzwerkkarten, Lüfter. Der Satz entsprechender Komponenten kann durch eine bestimmte Marken-PC-Architektur bestimmt werden. Motherboard, Prozessor, RAM, Grafikkarte und Festplatte sind Elemente, ohne die ein moderner PC nicht funktionieren kann oder seine Funktion extrem erschwert wird. Sie bestimmen hauptsächlich die Arbeitsgeschwindigkeit. Und indem sichergestellt wird, dass technologisch fortschrittliche und moderne Komponenten des entsprechenden Typs auf dem Computer installiert sind, kann der Benutzer einen leistungsstarken und leistungsstarken PC zusammenstellen.

Apple-Computer

Welche anderen Arten von PC-Architekturen gibt es? Es gibt nur sehr wenige davon, die direkt mit der IBM-Architektur konkurrieren. Dabei handelt es sich beispielsweise um Macintosh-Computer von Apple. Natürlich ähneln sie in vielerlei Hinsicht der IBM-Architektur – sie verfügen auch über Prozessor, Speicher, Grafikkarte, Motherboard und Festplatten.

Allerdings zeichnen sich Apple-Computer dadurch aus, dass ihre Plattform geschlossen ist. Der Benutzer ist bei der Installation von Komponenten auf dem PC nach eigenem Ermessen sehr eingeschränkt. Apple ist die einzige Marke, die legal Computer in der entsprechenden Architektur produzieren kann. Ebenso ist Apple der einzige Anbieter funktionsfähiger Betriebssysteme, die auf seiner eigenen Plattform veröffentlicht werden. Daher unterscheiden sich bestimmte Arten von PC-Architekturen möglicherweise nicht so sehr in den Hardwarekomponenten des Computers, sondern in den Ansätzen der Herstellermarken zur Veröffentlichung geeigneter Lösungen. Abhängig von der eigenen Entwicklungsstrategie kann ein Unternehmen den Fokus auf Offenheit oder Geschlossenheit der Plattform legen.

Die Hauptmerkmale der Architektur moderner PCs am Beispiel der IBM-Plattform sind also: das Fehlen einer Monopolmarke des Computerherstellers, Offenheit. Und zwar sowohl in Software- als auch in Hardware-Aspekten. Was den Hauptkonkurrenten der IBM-Plattform, Apple, betrifft, sind die Hauptmerkmale eines PCs mit der entsprechenden Architektur die Geschlossenheit sowie die Veröffentlichung von Computern einer einzigen Marke.

Personal-Computer-Architektur

Einführung

Ein Computer ist ein programmierbares elektronisches Gerät, das Daten verarbeiten und Berechnungen sowie andere Symbolmanipulationsaufgaben durchführen kann.

Es gibt zwei Hauptklassen von Computern:

• Digitalcomputer, die Daten in Form numerischer Binärcodes verarbeiten;
• Analogrechner, die sich ständig ändernde physikalische Größen (elektrische Spannung, Zeit usw.) verarbeiten, die Analoga berechneter Größen sind.

Da derzeit die überwiegende Mehrheit der Computer digital ist, betrachten wir im Folgenden nur diese Klasse von Computern und verwenden das Wort „Computer“ im Sinne von „digitaler Computer“. Die Basis von Computern bildet Hardware (HardWare), die hauptsächlich aus elektronischen und elektromechanischen Elementen und Geräten besteht. Das Funktionsprinzip von Computern besteht darin, Programme (SoftWare) auszuführen – vorgegebene, klar definierte Abfolgen arithmetischer, logischer und anderer Operationen.

Jedes Computerprogramm ist eine Folge einzelner Befehle. Ein Befehl ist eine Beschreibung einer Operation, die der Computer ausführen muss. Ein Befehl hat in der Regel einen eigenen Code (Symbol), Anfangsdaten (Operanden) und Ergebnis. Beispielsweise hat der Befehl „addiere zwei Zahlen“ die Operanden der Terme und das Ergebnis ist ihre Summe. Der Befehl „Stop“ hat jedoch keine Operanden und das Ergebnis ist die Beendigung des Programms. Das Ergebnis des Befehls wird nach den für diesen Befehl genau definierten Regeln generiert, die im Design des Computers verankert sind. Der Satz von Befehlen, die von einem bestimmten Computer ausgeführt werden, wird als Befehlssystem dieses Computers bezeichnet.

Computer arbeiten mit sehr hohen Geschwindigkeiten, die von Millionen bis zu Hunderten Millionen Operationen pro Sekunde reichen.

Personalcomputer tragen mehr als jeder andere Computertyp zum Übergang zu neuen Computerinformationstechnologien bei, die gekennzeichnet sind durch:

• benutzerfreundliche Informations-, Software- und technische Schnittstelle zum Benutzer;
• Durchführen von Informationsprozessen im Dialogmodus mit dem Benutzer;
• Durchgängige Informationsunterstützung aller Prozesse auf Basis integrierter Datenbanken;
• sogenannte „papierlose Technologie“.

Ein Computer ist ein multifunktionales elektronisches Gerät zum Speichern, Verarbeiten und Übertragen von Informationen. Unter Computerarchitektur versteht man deren logische Organisation, Struktur und Ressourcen, also die Mittel eines Computersystems, die für einen bestimmten Zeitraum dem Datenverarbeitungsprozess zur Verfügung gestellt werden können.

Der Aufbau der meisten Computer basiert auf den 1945 von John von Neumann formulierten Prinzipien:

1. Das Prinzip der Programmsteuerung (ein Programm besteht aus einer Reihe von Befehlen, die vom Prozessor automatisch nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden).
2. Das Prinzip der Speicherhomogenität (Programme und Daten werden im selben Speicher gespeichert; Befehle können auf die gleiche Weise wie Daten verarbeitet werden).
3. Das Prinzip der Adressierung (der Hauptspeicher besteht strukturell aus nummerierten Zellen).

Auf diesen Prinzipien aufgebaute Computer haben eine klassische Architektur (von Neumann-Architektur). Die PC-Architektur bestimmt das Funktionsprinzip, die Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten des Computers:

• zentraler Prozessor;
• Haupterinnerung;
• Externer Speicher;
• Peripheriegeräte.

Die wichtigsten elektronischen Komponenten, die die Prozessorarchitektur bestimmen, befinden sich auf der Hauptplatine des Computers, die als Systemplatine oder MotherBoard bezeichnet wird. Und Controller und Adapter zusätzlicher Geräte oder diese Geräte selbst werden in Form von Erweiterungskarten (D A ughterBoard – Tochterplatine) und werden über Erweiterungssteckverbinder, auch Erweiterungssteckplätze genannt (engl. Slot – Slot, Groove) mit dem Bus verbunden.

Funktionale und strukturelle Organisation

Grundlegende PC-Bausteine ​​und ihre Bedeutung

Die Architektur eines Computers wird normalerweise durch die Menge seiner Eigenschaften bestimmt, die für den Benutzer von Bedeutung sind. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Aufbau und der Funktionalität der Maschine, die in grundlegende und zusätzliche Funktionen unterteilt werden kann. Basic Funktionen bestimmen den Zweck des Computers: Informationen verarbeiten und speichern, Informationen mit externen Objekten austauschen. Zusätzliche Funktionen erhöhen die Effizienz bei der Ausführung grundlegender Funktionen: Sie sorgen für effektive Betriebsmodi, Dialog mit dem Benutzer, hohe Zuverlässigkeit usw. Die genannten Funktionen des Computers werden mithilfe seiner Komponenten implementiert: Hardware und Software.

Die Struktur eines Computers ist ein bestimmtes Modell, das die Zusammensetzung, Reihenfolge und Interaktionsprinzipien seiner Komponenten festlegt. Ein Personal Computer ist ein Desktop- oder Laptop-Computer, der die Anforderungen an allgemeine Zugänglichkeit und universelle Nutzung erfüllt. Die Vorteile eines PCs sind:

• niedrige Kosten, für den einzelnen Käufer erschwinglich;
• Betriebsautonomie ohne besondere Anforderungen an die Umgebungsbedingungen;
• Flexibilität der Architektur, die ihre Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Management, Wissenschaft, Bildung und Alltag gewährleistet;
• die „Freundlichkeit“ des Betriebssystems und anderer Software, die es dem Benutzer ermöglicht, ohne spezielle Fachausbildung damit zu arbeiten;
• hohe Betriebszuverlässigkeit (mehr als 5.000 Stunden zwischen Ausfällen).

Aufbau eines Personalcomputers

Betrachten wir die Zusammensetzung und den Zweck der wichtigsten PC-Blöcke.

Notiz.Hier und im Folgenden wird die Organisation eines PCs in Bezug auf die derzeit gängigsten IBM PC-ähnlichen Computer betrachtet.

Ein Mikroprozessor (MP) ist die zentrale Einheit eines PCs, die den Betrieb aller Maschinenblöcke steuert und arithmetische und logische Operationen an Informationen durchführt.

Der Mikroprozessor umfasst:

• Steuergerät (CU) – erzeugt und liefert zum richtigen Zeitpunkt bestimmte Steuersignale (Steuerimpulse) an alle Blöcke der Maschine, die durch die Besonderheiten des ausgeführten Vorgangs und die Ergebnisse früherer Vorgänge bestimmt werden; generiert Adressen von Speicherzellen, die von der ausgeführten Operation verwendet werden, und überträgt diese Adressen an die entsprechenden Computerblöcke; das Steuergerät empfängt eine Referenzimpulsfolge vom Taktimpulsgenerator;
• Arithmetisch-logische Einheit (ALU) – entwickelt, um alle arithmetischen und logischen Operationen an numerischen und symbolischen Informationen auszuführen (bei einigen PC-Modellen ist ein zusätzlicher mathematischer Coprozessor mit der ALU verbunden, um die Ausführung von Operationen zu beschleunigen);
• Mikroprozessorspeicher (MPM) – dient der kurzfristigen Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen, die direkt in Berechnungen in den nächsten Betriebszyklen der Maschine verwendet werden, da der Hauptspeicher (RAM) nicht immer die erforderliche Geschwindigkeit zum Schreiben, Suchen und Lesen von Informationen bietet den effizienten Betrieb eines Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessors. Register sind Hounterschiedlicher Länge (im Gegensatz zu OP-Zellen, die eine Standardlänge von 1 Byte und eine geringere Geschwindigkeit haben);
• Mikroprozessor-Schnittstellensystem – implementiert die Kopplung und Kommunikation mit anderen PC-Geräten; umfasst eine interne MP-Schnittstelle, Pufferspeicherregister und Steuerschaltungen für Ein-/Ausgabeanschlüsse (I/O) und den Systembus. Eine Schnittstelle ist eine Reihe von Mitteln zum Koppeln und Kommunizieren von Computergeräten, um deren effektive Interaktion sicherzustellen. Eingabe-/Ausgabe-Port (I/O – Eingabe-/Ausgabe-Port) – Schnittstellenausrüstung, die es Ihnen ermöglicht, ein anderes PC-Gerät an den Mikroprozessor anzuschließen.

Taktgenerator

Es erzeugt eine Folge elektrischer Impulse; Die Frequenz der erzeugten Impulse bestimmt die Taktfrequenz der Maschine. Das Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen bestimmt die Zeit eines Maschinenbetriebszyklus oder einfach den Maschinenbetriebszyklus.

Die Frequenz des Taktimpulsgenerators ist eines der Hauptmerkmale eines Personalcomputers und bestimmt maßgeblich die Geschwindigkeit seines Betriebs, da jeder Vorgang im Gerät in einer bestimmten Anzahl von Taktzyklen ausgeführt wird.

System Bus

Dies ist das Hauptschnittstellensystem eines Computers, das die Kopplung und Kommunikation aller seiner Geräte untereinander gewährleistet. Der Systembus umfasst:

• Code-Datenbus (CDB), der Drähte und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des numerischen Codes (Maschinenworts) des Operanden enthält;
• Adresscode-Bus (ACBA), der Drähte und Schnittstellenschaltungen zur parallelen Übertragung aller Bits des Adresscodes einer Hauptspeicherzelle oder eines Eingabe-Ausgabe-Ports eines externen Geräts umfasst;
• Code-Anweisungsbus (IBC), der Drähte und Schnittstellenschaltungen zur Übertragung von Anweisungen (Steuersignalen, Impulsen) an alle Blöcke der Maschine enthält;
• ein Energiebus mit Leitungen und Schnittstellenschaltungen zum Anschluss von PC-Einheiten an das Stromversorgungssystem.

Der Systembus bietet drei Richtungen der Informationsübertragung:

• zwischen Mikroprozessor und Hauptspeicher;
• zwischen dem Mikroprozessor und den Ein-/Ausgabeanschlüssen externer Geräte;
• zwischen dem Hauptspeicher und den I/O-Ports externer Geräte (im Direktspeicherzugriffsmodus).

Nicht-Blöcke bzw. deren Eingabe-Ausgabe-Ports werden einheitlich über die entsprechenden einheitlichen Anschlüsse (Verbindungen) mit dem Bus verbunden: direkt oder über Controller (Adapter). Der Systembus wird vom Mikroprozessor entweder direkt oder häufiger über einen zusätzlichen Mikroschaltkreis gesteuert – Bus-Controller, Erzeugen der Hauptsteuersignale.

Hauptspeicher (RAM)

Es dient der Speicherung und dem zeitnahen Austausch von Informationen mit anderen Einheiten der Maschine. Das OP enthält zwei Arten von Speichergeräten: Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher (RAM).

Das ROM wird zum Speichern unveränderlicher (permanenter) Programm- und Referenzinformationen verwendet; es ermöglicht nur das schnelle Lesen der darin gespeicherten Informationen (Informationen im ROM können nicht geändert werden).

RAM ist für die Online-Aufzeichnung, Speicherung und das Lesen von Informationen (Programmen und Daten) konzipiert, die direkt am Informations- und Rechenprozess des PCs im aktuellen Zeitraum beteiligt sind. Die Hauptvorteile von RAM sind seine hohe Leistung und die Möglichkeit, auf jede Speicherzelle separat zuzugreifen (direkter Adresszugriff auf die Zelle). Der Nachteil des Arbeitsspeichers besteht darin, dass die Unfähigkeit, darin Informationen zu speichern, nach dem Ausschalten der Maschine behoben werden muss (Volatilität).

Externer Speicher

Es bezieht sich auf externe Geräte des PCs und dient der langfristigen Speicherung aller Informationen, die zur Lösung von Problemen benötigt werden. Insbesondere wird die gesamte Computersoftware im externen Speicher gespeichert. Externe Speicher enthalten verschiedene Arten von Speichergeräten. Am häufigsten sind jedoch Festplattenlaufwerke (HDD) und Diskettenlaufwerke (HD) zu finden, die in fast jedem Computer zu finden sind.

Der Zweck dieser Laufwerke besteht darin, große Informationsmengen zu speichern, gespeicherte Informationen aufzuzeichnen und auf Anfrage in einem Speichergerät mit wahlfreiem Zugriff freizugeben. Als externe Speichergeräte werden auch Speichergeräte auf magnetischen Disketten, optischen Laufwerken (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-CD mit Nur-Lese-Speicher) und anderen verwendet.

Stromversorgung

Dies ist ein Block, der autonome und vernetzte Stromversorgungssysteme für einen PC enthält.

Timer

Hierbei handelt es sich um eine in die Maschine eingebaute elektronische Uhr, die bei Bedarf eine automatische Aufzeichnung des aktuellen Zeitpunkts (Jahr, Monat, Stunden, Minuten, Sekunden und Sekundenbruchteile) ermöglicht. Der Timer ist an eine autonome Stromquelle – eine Batterie – angeschlossen und läuft weiter, wenn die Maschine vom Netzwerk getrennt wird.

Externe Geräte (ED)

Dies ist die wichtigste Komponente eines jeden Computerkomplexes. Es genügt zu sagen, dass VAs im Hinblick auf die Kosten manchmal 50–80 % des gesamten PCs ausmachen. Die Möglichkeit und Wirksamkeit des Einsatzes von PCs in Steuerungssystemen und in der gesamten Volkswirtschaft hängt maßgeblich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Computers ab.

PC-Rechner sorgen für die Interaktion der Maschine mit der Umgebung durch Benutzer, Steuerobjekte und andere Rechner. VE sind sehr vielfältig und können nach einer Reihe von Merkmalen klassifiziert werden. Somit lassen sich je nach Verwendungszweck folgende Gerätetypen unterscheiden:

• externe Speichergeräte (ESD) oder externer PC-Speicher;
• Benutzerdialog-Tools;
• Informationseingabegeräte;
• Informationsausgabegeräte;
• Kommunikations- und Telekommunikationsmittel.

Zu den Werkzeugen für den Benutzerdialog gehören Videomonitore (Displays), seltener ferngesteuerte Schreibmaschinen (Drucker mit Tastatur) und Spracheingabe-/-ausgabegeräte

Ein Videomonitor (Display) ist ein Gerät zur Anzeige der von einem PC eingegebenen und ausgegebenen Informationen.

Spracheingabe-/Ausgabegeräte werden als Multimedia klassifiziert. Bei Spracheingabegeräten handelt es sich um verschiedene Mikrofonakustiksysteme, beispielsweise „Soundmäuse“, mit komplexer Software, die es ihnen ermöglicht, von einer Person gesprochene Buchstaben und Wörter zu erkennen, zu identifizieren und zu kodieren.

Sprachausgabegeräte sind verschiedene Klangsynthesizer, die digitale Codes in Buchstaben und Wörter umwandeln, die über Lautsprecher oder an einen Computer angeschlossene Lautsprecher wiedergegeben werden.

Zu den Informationseingabegeräten gehören:

• Tastatur – ein Gerät zur manuellen Eingabe von Zahlen, Text und Steuerinformationen in einen PC;
• Grafiktabletts (Digitalisierer) zur manuellen Eingabe grafischer Informationen und Bilder durch Bewegen eines speziellen Zeigers (Stifts) über das Tablett; Wenn Sie den Stift bewegen, werden die Koordinaten seines Standorts automatisch gelesen und diese Koordinaten in den PC eingegeben;
• Scanner – zum automatischen Lesen von Papiermedien und zum Eingeben von maschinengeschriebenen Texten, Grafiken, Bildern und Zeichnungen in einen PC; im Scanner-Codiergerät werden im Textmodus gelesene Zeichen nach Vergleich mit Referenzkonturen durch spezielle Programme in ASCII-Codes umgewandelt und im Grafikmodus werden gelesene Grafiken und Zeichnungen in Folgen zweidimensionaler Koordinaten umgewandelt;
• Manipulatoren (Zeigegeräte): Joystick-Hebel, Maus, gerahmter Trackball, Lichtstift usw. – zum Eingeben grafischer Informationen auf dem Bildschirm durch Steuern der Bewegung des Cursors über den Bildschirm, anschließendes Kodieren und Eingeben der Cursorkoordinaten der PC;
• Touchscreens – zur Eingabe einzelner Bildelemente, Programme oder Befehle von einer Splitscreen-Anzeige in einen PC.

Zu den Informationsausgabegeräten gehören:

• Drucker – Druckgeräte zum Aufzeichnen von Informationen auf Papier;
• Plotter (Plotter) – zum Ausgeben grafischer Informationen (Grafiken, Zeichnungen, Zeichnungen) von einem PC auf Papier; Es gibt Vektorplotter zum Zeichnen von Bildern mit einem Stift und Rasterplotter: thermografische, elektrostatische, Tintenstrahl- und Laserplotter. Konstruktionsbedingt werden Plotter in Flachbett- und Trommelplotter unterteilt. Die Hauptmerkmale aller Plotter sind ungefähr gleich: Plotgeschwindigkeit – 100 – 1000 mm/s (die besten Modelle verfügen über Farbbilder und Halbtonübertragung); Laserplotter bieten die höchste Auflösung und Bildschärfe, sind aber auch am teuersten.

Kommunikations- und Telekommunikationsgeräte zur Kommunikation mit Instrumenten und anderen Automatisierungsgeräten (Schnittstellenadapter, Adapter, Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler usw.) und zum Anschluss eines PCs an Kommunikationskanäle, an andere Computer und Computernetzwerke ( Netzwerkschnittstellenkarten, „Gelenke“, Datenübertragungsmultiplexer, Modems).

Insbesondere ist der Netzwerkadapter die externe Schnittstelle des PCs und dient dazu, ihn an einen Kommunikationskanal zum Austausch von Informationen mit anderen Computern anzuschließen und als Teil eines Computernetzwerks zu arbeiten. In globalen Netzwerken werden die Funktionen eines Netzwerkadapters von einem Modulator-Demodulator ausgeführt.

Viele der oben genannten Geräte gehören zu einer bedingt ausgewählten Gruppe – Multimedia. Multimedia ist eine Reihe von Hardware und Software, die es einer Person ermöglicht, mit einem Computer über verschiedene natürliche Medien zu kommunizieren: Ton, Video, Grafiken, Texte, Animationen usw.

Zu den Multimedia-Mitteln gehören: Spracheingabe- und -ausgabegeräte; bereits weit verbreitete Scanner (da sie die automatische Eingabe gedruckter Texte und Zeichnungen in einen Computer ermöglichen); hochwertige Video- (Video-) und Sound- (Sound-)Karten, Videoaufnahmekarten (Videograbber), die Bilder von einem Videorecorder oder einer Videokamera erfassen und in einen PC eingeben; hochwertige Akustik- und Videowiedergabesysteme mit Verstärkern, Tonlautsprechern und großen Videobildschirmen. Aber vielleicht aus noch größerem Grund umfassen Multimedia externe Hochleistungsspeichergeräte auf optischen Datenträgern, die häufig zum Aufzeichnen von Audio- und Videoinformationen verwendet werden.

Die Kosten für Compact Discs (CDs) sind bei der Massenproduktion niedrig, und angesichts ihrer großen Kapazität (650 - 700 MB und neue Typen 8 GB und mehr), ihrer hohen Zuverlässigkeit und Haltbarkeit sind die Kosten für die Speicherung von Informationen auf einer CD für die Benutzer ist unvergleichlich niedriger, als auf Magnetplatten. Umfangreiche Datenbanken und ganze Bibliotheken sind auf CDs organisiert; Die CD enthält Wörterbücher, Nachschlagewerke und Enzyklopädien; Aus- und Weiterbildungsprogramme in Allgemeinbildung und allgemeinen Fächern.

CD wird beispielsweise häufig beim Studium von Fremdsprachen, Verkehrsregeln, Buchhaltung, Gesetzgebung im Allgemeinen und Steuerrecht im Besonderen verwendet. Und das alles wird begleitet von Texten und Zeichnungen, Sprachinformationen und Animationen, Musik und Video. Im rein häuslichen Bereich können CDs zur Speicherung von Audio- und Videoaufnahmen verwendet werden, also anstelle von magnetischen Audiokassetten und Videokassetten verwendet werden. Erwähnenswert ist natürlich die Vielzahl der auf CDs gespeicherten Computerspielprogramme.

Somit bietet die CD-ROM Zugriff auf riesige Informationsmengen, die auf CDs aufgezeichnet sind, die sich sowohl hinsichtlich der Funktionalität als auch der Wiedergabeumgebung unterscheiden.

Eine Unterbrechung ist ein vorübergehender Stopp der Ausführung eines Programms, um umgehend ein anderes, im Moment wichtigeres (Prioritäts-)Programm auszuführen. Unterbrechungen treten auf, wenn Computer ständig laufen. Es genügt zu sagen, dass alle Informationseingabe- und -ausgabevorgänge mithilfe von Interrupts durchgeführt werden. Beispielsweise treten Timer-Interrupts auf und werden vom Interrupt-Controller 18 Mal pro Sekunde bedient (der Benutzer bemerkt sie natürlich nicht).

Der Interrupt-Controller bedient Interrupt-Prozeduren, empfängt eine Interrupt-Anfrage von externen Geräten, bestimmt die Prioritätsstufe dieser Anfrage und gibt ein Interrupt-Signal an den MP aus. Nachdem der MP dieses Signal empfangen hat, unterbricht er die Ausführung des aktuellen Programms und fährt mit der Ausführung eines speziellen Programms fort, um den vom externen Gerät angeforderten Interrupt zu bedienen. Nach Abschluss des Wartungsprogramms wird das unterbrochene Programm wieder aufgenommen.

Die maschineninterne Systemschnittstelle ist ein System zur Kommunikation und Verbindung von Computerknoten und -blöcken untereinander – es handelt sich um eine Reihe elektrischer Kommunikationsleitungen (Drähte), Schnittstellenschaltungen mit Computerkomponenten und Protokolle (Algorithmen) zur Übertragung und Umwandlung von Signalen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, eine Intra-Machine-Schnittstelle zu organisieren:

1. Schnittstelle mit mehreren Verbindungen: Jeder PC-Block ist über seine lokalen Leitungen mit anderen Blöcken verbunden. Die Schnittstelle wird in der Regel nur in den einfachsten Haushaltsgeräten verwendet.
2. Single-Link-Schnittstelle: Alle PC-Einheiten sind über einen gemeinsamen oder Systembus miteinander verbunden.

Die allermeisten modernen PCs nutzen den Systembus als Systemschnittstelle. Der Aufbau und die Zusammensetzung des Systembusses wurden bereits früher besprochen. Die wichtigsten Funktionsmerkmale des Systembusses sind: die Anzahl der von ihm bedienten Geräte und sein Durchsatz, also die maximal mögliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung. Die Bandbreite des Busses hängt von seiner Bitgröße (es gibt 8-, 16-, 32- und 64-Bit-Busse) und der Taktfrequenz ab, mit der der Bus arbeitet.

Als Systembus wurden und können in verschiedenen PCs eingesetzt werden:

• Erweiterungsbusse – Allzweckbusse, mit denen Sie eine große Anzahl verschiedener Geräte anschließen können;
• lokale Busse, die sich auf die Wartung einer kleinen Anzahl von Geräten einer bestimmten Klasse spezialisiert haben.

Erweiterungsbusse:

• Der Multibus 1-Bus verfügt über zwei Modifikationen: PC/XT-Bus (Personal Computer eXtended Technology) – PC mit fortschrittlicher Technologie und PC/AT-Bus (PC Advachnology – PC mit fortschrittlicher Technologie);
• PC/XT-Bus – 8-Bit-Datenbus und 20-Bit-Adressbus, ausgelegt für eine Taktfrequenz von 4,77 MHz; verfügt über 3 Leitungen für Adapter-Interrupts und 3 Kanäle für den direkten Speicherzugriff (DMA-Kanäle – Direct Memory Access). Der Adressbus begrenzte den Adressraum des Mikroprozessors auf 1 MB. Verwendet mit MP 8086, 8088;
• PC/At-Bus – 16-Bit-Datenbus und 24-Bit-Adressbus, Betriebstaktfrequenz bis zu 8 MHz, es kann jedoch auch ein MP mit einer Taktfrequenz von 16 MHz verwendet werden, da der Buscontroller die Frequenz halbieren kann ; verfügt über 7 Leitungen für Adapter-Interrupts und 4 DMA-Kanäle. Wird mit MP 80286 verwendet;
• ISA-Bus (Industry Standard Architecture) – 16-Bit-Datenbus und 24-Bit-Adressbus, Betriebstaktfrequenz 16 MHz, es kann aber auch ein MP mit einer Taktfrequenz von 50 MHz verwendet werden (das Teilungsverhältnis wird erhöht); Im Vergleich zu PC/XT- und PC/AT-Bussen wurde die Anzahl der Hardware-Interrupt-Leitungen von 7 auf 15 und der DMA-Direktspeicherzugriffskanäle von 7 auf 11 erhöht. Dank des 24-Bit-Adressbusses hat sich der Adressraum vergrößert 1 bis 16 MB. Der theoretische Durchsatz des Datenbusses beträgt 16 MB/s, in Wirklichkeit liegt er jedoch aufgrund einer Reihe von Nutzungsmerkmalen bei etwa 3–5 MB/s. Mit dem Aufkommen von 32-Bit-Hochgeschwindigkeits-MP ist der ISA-Bus zu einem erheblichen Hindernis für die Steigerung der PC-Leistung geworden;
• EISA-Bus (Extended ISA) – 32-Bit-Datenbus und 32-Bit-Adressbus, erstellt 1989. Der Busadressraum beträgt 4 GB, die Bandbreite beträgt 33 MB/s und die Austauschgeschwindigkeit über den MP-CACHE-OP-Kanal wird durch die Parameter der Speicherchips bestimmt, die Anzahl der Erweiterungsanschlüsse wurde erhöht (theoretisch bis). Es können bis zu 15 Geräte angeschlossen werden, praktisch bis zu 10). Das Interrupt-System wurde verbessert, der EISA-Bus bietet automatische Systemkonfiguration und DMA-Steuerung; Vollständig kompatibel mit dem ISA-Bus (es gibt Anschlüsse für den Anschluss von ISA), der Bus unterstützt die Multiprozessorarchitektur von Computersystemen. Der EISA-Bus ist sehr teuer und wird in Hochgeschwindigkeits-PCs, Netzwerkservern und Workstations verwendet;
• Der MCA-Bus (Micro Channel Architecture) ist ein 32-Bit-Bus, der 1987 von IBM entwickelt wurde. für PC/2-Maschinen, Bandbreite 76 MB/s, Betriebsfrequenz 10-20 MHz. Von seinen sonstigen Eigenschaften her ähnelt er dem EISA-Bus, ist jedoch weder mit ISA noch mit EISA kompatibel. Da PS/2-Computer nicht weit verbreitet sind, vor allem aufgrund der mangelnden entwickelten Fülle an Anwendungsprogrammen, ist auch der MCA-Bus nicht sehr weit verbreitet.

Moderne Computersysteme zeichnen sich aus durch:

• Schnelles Wachstum der Geschwindigkeit von Mikroprozessoren (z. B. kann ein Pentium MP Daten mit einer Geschwindigkeit von 528 MB/s über einen 64-Bit-Datenbus ausgeben) und einiger externer Geräte (z. B. zur Anzeige digitaler Vollbildvideos mit hoher Geschwindigkeit). Qualität ist eine Bandbreite von 22 MB/s erforderlich);
• das Aufkommen von Programmen, die eine große Anzahl von Schnittstellenoperationen erfordern (z. B. Grafikverarbeitungsprogramme in Windows, Arbeiten in der Multimedia-Umgebung).

Unter diesen Bedingungen erwies sich der Durchsatz der Erweiterungsbusse, die mehrere Geräte gleichzeitig bedienen, als unzureichend für ein komfortables Arbeiten der Benutzer, da Computer schon lange zu „denken“ begannen.

Schnittstellenentwickler haben den Weg eingeschlagen, lokale Busse zu erstellen, die direkt mit dem MP-Bus verbunden sind, mit der Taktfrequenz des MP arbeiten (jedoch nicht mit seiner internen Betriebsfrequenz) und die Kommunikation mit einigen Hochgeschwindigkeitsgeräten außerhalb des MP ermöglichen: Hauptspeicher und externer Speicher , Videosysteme .

Mittlerweile gibt es zwei Hauptstandards für universelle lokale Busse – VLB und PCI:

• VLB-Bus (V E SA Local Bus (VESA Local Bus) – 1992 entwickelt. Der Bus entspricht der Video Electronics Standards Association (VESA) und wird daher oft als VESA-Bus bezeichnet.
• Der VLB-Bus ist im Wesentlichen eine Erweiterung des internen MP-Busses für die Kommunikation mit dem Videoadapter und seltener mit der Festplatte; eine 64-Bit-Version des Busses ist in Vorbereitung. Die tatsächliche Datenübertragungsgeschwindigkeit über VLB beträgt 80 MB/s (theoretisch erreichbar - 132 MB/s).

Nachteile des Reifens:

• Entwickelt für den Betrieb von MP 80386,80486, nicht geeignet für Pentium-, Pentium Pro- und Power-PC-Prozessoren;
• strikte Abhängigkeit von der Taktfrequenz des MP (jeder VLB-Bus ist nur für eine bestimmte Frequenz ausgelegt);
• geringe Anzahl angeschlossener Geräte – nur vier Geräte können an den VLB-Bus angeschlossen werden;
• Es gibt keine Bus-Arbitrierung – es kann zu Konflikten zwischen angeschlossenen Geräten kommen.

Der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect – Verbindung externer Geräte) wurde 1993 von Intel entwickelt. Der PCI-Bus ist viel vielseitiger als VLB. Es verfügt über einen eigenen Adapter, mit dem es für die Verwendung mit jedem MP konfiguriert werden kann: 80486, Pentium, Pentium Pro, Power PC usw.; Es ermöglicht Ihnen den Anschluss von 10 Geräten mit sehr unterschiedlichen Konfigurationen mit der Möglichkeit zur automatischen Konfiguration und verfügt über eigene Tools zur „Schiedsgerichtsbarkeit“ und zur Steuerung der Datenübertragung. Der PCI-Bus ist immer noch sehr teuer.

Die PCI-Kapazität beträgt 32 Bit, erweiterbar auf 64 Bit, der theoretische Durchsatz beträgt 132 MB/s (der tatsächliche Durchsatz beträgt die Hälfte). Obwohl der PCI-Bus lokal ist, führt er auch viele Funktionen eines Erweiterungsbusses aus, insbesondere der ISA-, EISA- und MCA-Erweiterungsbusse (und ist mit ihnen kompatibel). Wenn ein PCI-Bus vorhanden ist, werden diese direkt mit dem verbunden MP (wie bei Verwendung des VLB-Busses), sondern an den PCI-Bus selbst (über eine Erweiterungsschnittstelle).

Dabei ist zu beachten, dass die Nutzung von VLB- und PCI-Bussen in einem PC nur möglich ist, wenn Sie über das entsprechende VLB- oder PCI-Motherboard verfügen. Motherboards werden mit einer Multibus-Struktur hergestellt, die den Einsatz von ISA/EISA, VLB und PCI ermöglicht, die sogenannten Motherboards mit VIP-Bus (durch die Anfangsbuchstaben VLB, ISA und PCI).

Derzeit werden jedoch keine Karten mit VLB-Bussen hergestellt und der ISA-Bus stirbt aus. Es sind neue Busse aufgetaucht, beispielsweise AGP, die für Videoadapter mit hoher Bandbreite oder sogenannte 3D-Beschleuniger ausgelegt sind.

PC-Funktionsgeräte

Die Hauptmerkmale des PCs sind:

1. Leistung.
2. Leistung.
3. Taktfrequenz.

Die Maßeinheiten für die Leistung sind:

• MIPC (MIPC – Vega Instruction Per Second) – eine Million Operationen auf Zahlen mit einem festen Punkt (Punkt);
• MFLOPS (Mega Floating Operations Second) – eine Million Operationen auf Gleitkommazahlen (Punktzahlen);
• KOPS (KOPS – Kilo Operations Per Second) für Computer mit geringer Leistung – tausend bestimmte gemittelte Operationen auf Zahlen;
• GFLOPS - Gig a Floating Operations Per Second) – Milliarden Operationen pro Sekunde auf Gleitkommazahlen (Punkt).

Die Bewertung der Computerleistung erfolgt immer annähernd, da sie sich in diesem Fall an bestimmten durchschnittlichen oder umgekehrt bestimmten Arten von Vorgängen orientiert. In Wirklichkeit werden unterschiedliche Operationssätze verwendet, um unterschiedliche Probleme zu lösen. Um einen PC zu charakterisieren, geben sie daher normalerweise anstelle der Leistung die Taktfrequenz an, die die Geschwindigkeit der Maschine objektiver bestimmt. Und da jeder Vorgang für seine Ausführung eine ganz bestimmte Anzahl an Taktzyklen benötigt. Wenn Sie die Taktfrequenz kennen, können Sie die Ausführungszeit jeder Maschinenoperation ziemlich genau bestimmen.

1. Bitkapazität der Maschinen- und Schnittstellencodebusse. Die Bitkapazität ist die maximale Anzahl von Bits einer Binärzahl, auf der eine Maschinenoperation gleichzeitig ausgeführt werden kann, einschließlich der Operation der Informationsübertragung. Je größer die Bittiefe, desto höher ist unter sonst gleichen Bedingungen die Leistung des PCs.

2. Arten von System- und lokalen Schnittstellen. Verschiedene Arten von Schnittstellen bieten unterschiedliche Zeitvorgaben für die Informationsübertragung zwischen Maschinenknoten und ermöglichen den Anschluss einer unterschiedlichen Anzahl externer Geräte und deren unterschiedlicher Typen.

3. RAM-Kapazität. Die RAM-Kapazität wird am häufigsten in Megabyte (MB) gemessen. Wir erinnern Sie daran: 1 MB = 1024 KB = 1024 Bytes. Viele moderne Anwendungsprogramme funktionieren mit RAM mit einer Kapazität von weniger als 32 MB einfach nicht oder nur sehr langsam. Dabei ist zu berücksichtigen, dass unter anderem eine Verdoppelung der Hauptspeicherkapazität die effektive Leistung des Rechners bei der Lösung komplexer Probleme um etwa das 1,7-fache steigert.

4. Festplattenspeicherkapazität (Festplatte). Die Festplattenkapazität wird normalerweise in Megabyte oder Gigabyte gemessen (1 GB = 1024 MB).

5. Typ und Kapazität von Diskettenlaufwerken und Laser-CDs. Heutzutage werden Diskettenlaufwerke mit Disketten der Größe 3,5 und 5,25 Zoll (fast nicht mehr verwendet) verwendet (1 Zoll = 25,4 mm). Erstere haben eine Standardkapazität von 1,44 MB, letztere 1,2 MB. Aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Kapazität werden auch CD-Laufwerke mit einer Größe von 650 und 700 MB sowie wiederbeschreibbare CD-RW-Laserdiscs mit einer Kapazität von 650 - 700 MB verwendet. Es wird auch eine Art Speichergerät wie eine DVD verwendet. Hohe Technologie und hohe Kosten, aber auch große Kapazität bis zu 24 GB.

6. Arten und Kapazität des Cache-Speichers. Cache-Speicher ist ein gepufferter, für den Benutzer zugänglicher Hochgeschwindigkeitsspeicher, der automatisch vom Computer verwendet wird, um Vorgänge mit Informationen zu beschleunigen, die auf langsameren Speichergeräten gespeichert sind. Um beispielsweise Vorgänge mit dem Hauptspeicher zu beschleunigen, wird ein Register-Cache-Speicher innerhalb des Mikroprozessors (Cache-Speicher der ersten Ebene) oder außerhalb des Mikroprozessors auf der Hauptplatine (Cache-Speicher der zweiten Ebene) organisiert. Um den Betrieb mit dem Plattenspeicher zu beschleunigen, ist pro elektronischer Speicherzelle ein Cache-Speicher organisiert. Bedenken Sie, dass das Vorhandensein eines 256-KB-Cache-Speichers die PC-Leistung um etwa 20 % steigert. Es gibt eine Cache-Speicherkapazität von 512 KB

7. Art des Videomonitors (Displays) und Videoadapters.

8. Druckertyp.

9. Verfügbarkeit eines mathematischen Coprozessors. Mit dem mathematischen Coprozessor können Sie die Ausführung von Operationen mit binären Gleitkommazahlen und binär codierten Dezimalzahlen um das Zehnfache beschleunigen.

10. Verfügbare Software und Art des Betriebssystems.

11. Hardware- und Softwarekompatibilität mit anderen Computertypen. Unter Hardware- und Softwarekompatibilität mit anderen Computertypen versteht man die Fähigkeit, auf einem Computer jeweils die gleichen technischen Elemente und Software wie auf anderen Computertypen zu verwenden.

12. Fähigkeit, in einem Computernetzwerk zu arbeiten

13. Fähigkeit, im Multitasking-Modus zu arbeiten. Im Multitasking-Modus können Sie Berechnungen gleichzeitig für mehrere Programme (Multiprogramm-Modus) oder für mehrere Benutzer (Mehrbenutzer-Modus) durchführen. Durch die in diesem Modus mögliche Kombination der Betriebszeit mehrerer Maschinengeräte kann die effektive Geschwindigkeit des Computers deutlich gesteigert werden.

14. Zuverlässigkeit. Zuverlässigkeit ist die Fähigkeit eines Systems, alle ihm zugewiesenen Funktionen vollständig und korrekt auszuführen. Die PC-Zuverlässigkeit wird normalerweise anhand der durchschnittlichen Zeit zwischen Ausfällen gemessen

15. Preis.

16. Dimensionen und Gewicht.

Mikroprozessoren

Mikroprozessor, ansonsten Zentraleinheit. Die Zentraleinheit (CPU, von engl. Central Processing Unit) ist die Hauptarbeitskomponente des Computers, die vom Programm vorgegebene arithmetische und logische Operationen ausführt, den Rechenprozess steuert und den Betrieb aller Computergeräte koordiniert. Der Zentralprozessor enthält im Allgemeinen:

• arithmetisch-logische Einheit;
• Datenbusse und Adressbusse;
• Register;
• Programmzähler;
• Cache – sehr schneller kleiner Speicher (von 8 bis 512 KB);
• mathematischer Gleitkomma-Coprozessor.

Moderne Prozessoren werden als Mikroprozessoren realisiert. Physikalisch gesehen ist ein Mikroprozessor ein integrierter Schaltkreis – ein dünner rechteckiger Wafer aus kristallinem Silizium mit einer Fläche von nur wenigen Quadratmillimetern, auf dem Schaltkreise platziert sind, die alle Funktionen des Prozessors implementieren. Der Plattenkristall wird normalerweise in ein Kunststoff- oder flaches Keramikgehäuse gelegt und mit Golddrähten mit Metallstiften verbunden, damit er an der Hauptplatine des Computers befestigt werden kann. In einem Computersystem können mehrere Prozessoren parallel laufen; Solche Systeme werden Multiprozessorsysteme genannt.

Der erste Mikroprozessor wurde 1971 von Intel (USA) herausgebracht – MP 4004. Derzeit werden mehrere hundert verschiedene Mikroprozessoren hergestellt, am beliebtesten und am weitesten verbreitet sind jedoch Mikroprozessoren von Intel und AMD.

Mikroprozessorstruktur

Das Steuergerät ist funktionell das komplexeste PC-Gerät. Es erzeugt Steuersignale, die über Befehlscodebusse an alle Blöcke der Maschine gelangen. Das beinhaltet:

§ Das Befehlsregister ist ein Speicherregister, in dem der Befehlscode gespeichert wird: der Code der ausgeführten Operation und die Adressen der an der Operation beteiligten Operanden. Das Befehlsregister befindet sich im Schnittstellenteil des MP, im Befehlsregisterblock.

§ Ein Operationsdecoder ist ein logischer Block, der gemäß dem vom Befehlsregister empfangenen Operationscode (OPC) einen seiner vielen Ausgänge auswählt.

§ Schreibgeschütztes Mikroprogramm-Speichergerät – speichert in seinen Zellen Steuersignale (Impulse), die zur Durchführung von Informationsverarbeitungsvorgängen in PC-Blöcken erforderlich sind. Ein Impuls, der auf der vom Decoder ausgewählten Operation (gemäß dem Operationscode) basiert, liest die erforderliche Folge von Steuersignalen aus dem Mikroprogramm-ROM.

§ Die Adressgenerierungseinheit (befindet sich im Schnittstellenteil des MP) ist ein Gerät, das die vollständige Adresse einer Speicherzelle (Register) anhand der Details berechnet, die aus dem Befehlsregister und den Registern des MP stammen.

§ Die Daten-, Adress- und Befehlscodebusse sind Teil des internen Busses des Mikroprozessors. Im Allgemeinen generiert die Steuereinheit Steuersignale, um die folgenden grundlegenden Vorgänge durchzuführen:

ÖAbtasten der Adresse des MPP-Befehls und der Adresse der RAM-Zelle, in der der nächste Programmbefehl gespeichert ist, aus dem Registerzähler;

ÖAbrufen des Codes des nächsten Befehls aus RAM-Zellen und Empfangen des Lesebefehls im Befehlsregister;

ÖEntschlüsseln des Operationscodes und der Eigenschaften des ausgewählten Befehls;

ÖAuslesen von Steuersignalen (Impulsen), die das Verfahren zur Durchführung einer bestimmten Operation in allen Blöcken der Maschine bestimmen, aus den Mikroprogramm-ROM-Zellen, die dem entschlüsselten Operationscode entsprechen, und Senden von Steuersignalen an diese Blöcke;

ÖAuslesen der einzelnen Komponentenadressen der an den Berechnungen beteiligten Operanden (Zahlen) aus dem Befehlsregister und den MPP-Registern und Bilden der vollständigen Adressen der Operanden;

ÖAbrufen von Operanden (an generierten Adressen) und Durchführen einer bestimmten Operation zur Verarbeitung dieser Operanden;

ÖAufzeichnen der Ergebnisse der Operation im Speicher;

ÖBildung der Adresse des nächsten Programmbefehls.

Eine arithmetisch-logische Einheit dient zur Durchführung arithmetischer und logischer Operationen der Informationstransformation. Funktional besteht die ALU meist aus zwei Registern, einem Addierer und Steuerschaltungen (lokales Steuergerät).

Addierer – eine Rechenschaltung, die das Verfahren zum Addieren der an ihrem Eingang empfangenen Binärcodes ausführt; Der Addierer hat die Kapazität eines doppelten Maschinenwortes.

Register sind Hounterschiedlicher Länge: Register 1 (Pr1) hat die Kapazität eines Doppelworts und Register 2 (Pr2) die Kapazität eines Worts. Wenn eine Operation ausgeführt wird, wird die erste an der Operation beteiligte Zahl in Pr1 abgelegt, und nach Abschluss der Operation wird das Ergebnis abgelegt; in Pr2 – die zweite an der Operation beteiligte Nummer (sobald die Operation abgeschlossen ist, ändern sich die darin enthaltenen Informationen nicht). Register 1 kann Informationen von Codedatenbussen empfangen und Informationen von diesen Bussen ausgeben.

Steuerschaltungen empfangen Steuersignale vom Steuergerät über Befehlscodebusse und wandeln sie in Signale um, um den Betrieb von Registern und dem ALU-Addierer zu steuern. Die ALU führt arithmetische Operationen (+, -, *, :) nur für binäre Informationen mit einem Komma nach der letzten Ziffer aus, also nur für binäre ganze Zahlen.

Die Ausführung von Operationen an binären Gleitkommazahlen und an binär codierten Dezimalzahlen erfolgt entweder mit einem mathematischen Coprozessor oder mit speziell entwickelten Programmen.

Mikroprozessorspeicher ist ein Speicher mit geringer Kapazität, aber extrem hoher Geschwindigkeit (die Zugriffszeit auf den MPP, also die Zeit, die zum Suchen, Schreiben oder Lesen von Informationen aus diesem Speicher benötigt wird, wird in Nanosekunden gemessen). Es dient der kurzfristigen Speicherung, Aufzeichnung und Ausgabe von Informationen direkt während der nächsten Betriebszyklen der an den Berechnungen beteiligten Maschine; MPP wird verwendet, um eine hohe Geschwindigkeit der Maschine sicherzustellen, da die Hauptgeschwindigkeit nicht immer die Geschwindigkeit zum Schreiben, Suchen und Lesen von Informationen bietet, die für den effizienten Betrieb eines Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessors erforderlich ist. Der Mikroprozessorspeicher besteht aus Hochgeschwindigkeitsregistern mit einer Breite von mindestens einem Maschinenwort. Die Anzahl und Breite der Register in verschiedenen Mikroprozessoren ist unterschiedlich.

Mikroprozessorregister sind in Allzweck- und Spezialregister unterteilt. Spezielle Register werden zum Speichern verschiedener Adressen (z. B. Befehlsadressen), Vorzeichen von Betriebsergebnissen und PC-Betriebsmodi (z. B. Flag-Register) usw. verwendet. Allzweckregister sind universell und können zum Speichern beliebiger Informationen verwendet werden , aber einige von ihnen müssen auch bei der Durchführung einer Reihe von Verfahren beteiligt sein.

Der Schnittstellenteil des MP ist für die Kommunikation und Koordination des MP mit dem PC-Systembus sowie für den Empfang und die vorläufige Analyse von Befehlen des ausführenden Programms und die Generierung der vollständigen Adressen von Operanden und Befehlen bestimmt.

Der Schnittstellenteil umfasst die Adressregister des MP, eine Adressgenerierungseinheit, einen Block von Befehlsregistern, der ein Befehlspuffer im MP ist, einen internen Schnittstellenbus des MP und Steuerschaltungen für den Bus und die Eingabe-/Ausgabeanschlüsse.

I/O-Ports sind Punkte der PC-Systemschnittstelle, über die der MP Informationen mit anderen Geräten austauscht. Der MP kann insgesamt 65536 Ports haben. Jeder Port hat eine Adresse – eine Portnummer, die der Adresse einer Speicherzelle entspricht, die Teil des E/A-Geräts ist, das diesen Port verwendet, und nicht Teil des Hauptspeichers des Computers. Der Geräteport enthält Schnittstellengeräte und zwei Speicherregister – für den Datenaustausch und den Steuerinformationsaustausch. Einige externe Geräte nutzen den Hauptspeicher auch, um große Mengen an auszutauschenden Informationen zu speichern. Vielen Standardgeräten (Festplatte, Float-Laufwerk, Tastatur, Drucker, Coprozessor usw.) sind Ein-/Ausgabeanschlüsse fest zugewiesen.

Die Bus- und Port-Steuerschaltung führt folgende Funktionen aus:

§ Erzeugen einer Portadresse und Steuerinformationen dafür (Umschalten des Ports auf Empfangen oder Senden usw.);

§ Empfangen von Kontrollinformationen vom Hafen, Informationen über die Bereitschaft des Hafens und seinen Status;

§ Organisation eines End-to-End-Kanals in der Systemschnittstelle für Daten zwischen dem Eingabe-Ausgabe-Geräte-Port und dem MP.

Die Bus- und Port-Steuerschaltung verwendet Codebusse mit Anweisungen, Adressen und Systembusdaten, um mit Ports zu kommunizieren: Beim Zugriff auf einen Port sendet der MP ein Signal über den CSA, das alle E/A-Geräte über die Adresse auf dem CSA informiert ist die Adresse des Ports und sendet dann die Portadresse selbst. Das Gerät, dessen Portadresse übereinstimmt, antwortet, dass es bereit ist, woraufhin Daten über das CAS ausgetauscht werden.

Arbeitsablauf der PC-Bausteine

Das Programm wird im externen Speicher des PCs gespeichert. Beim Starten eines Programms stellt der Benutzer eine Aufforderung zur Ausführung an das Festplattenbetriebssystem (DOS – Disc Operation System) des Computers. Eine Benutzeraufforderung ist die Eingabe des Namens des ausführbaren Programms in die Befehlszeile auf dem Bildschirm. Das Hauptprogramm DOS-Command.com gewährleistet das Umschreiben des Maschinenprogramms (ausführbares Programm) aus dem externen Speicher in den RAM, der den Anfang (ersten Befehl) dieses Programms enthält.

Danach werden die Programmbefehle automatisch nacheinander ausgeführt. Für die Ausführung jedes Programms sind mehrere Maschinenbetriebszyklen erforderlich (die Zyklen werden durch die Impulsperiode des Taktimpulsgenerators bestimmt). Im ersten Ausführungszyklus eines beliebigen Befehls wird der Code des Befehls selbst aus dem RAM an der im Adresszählerregister eingestellten Adresse gelesen und dieser Code in den Befehlsregisterblock des Steuergeräts geschrieben. Der Inhalt des zweiten und der folgenden Ausführungszyklen wird durch die Ergebnisse der Analyse des im Befehlsregisterblock geschriebenen Befehls bestimmt, d. h. er hängt vom konkreten Befehl ab.

Beispiel. Bei Ausführung des zuvor besprochenen Maschinenbefehls: SL 0103 5102.

Folgende Aktionen werden ausgeführt:

§ zweiter Zyklus: Lesen des ersten Termes aus der RAM-Zelle 0103 und Verschieben in die ALU;

§ dritter Zyklus: Lesen des zweiten Termes aus der RAM-Zelle 5102 und Verschieben desselben in die ALU;

§ vierter Zyklus: Addition der dort übertragenen Zahlen zur ALU und Bildung der Summe;

§ fünfter Zyklus: Lesen der Zahlensumme aus der ALU und Schreiben in Zelle 0103.

Am Ende des letzten (in diesem Fall des fünften) Zyklus der Befehlsausführung wird dem Registerzähler der MPP-Befehlsadresse eine Zahl hinzugefügt, die der Anzahl der vom Code des ausgeführten Programmbefehls belegten Bytes entspricht. Da die Kapazität einer RAM-Speicherzelle 1 Byte beträgt und die Programmbefehle im RAM sequentiell nacheinander abgelegt werden, wird die Adresse des nächsten Befehls des Maschinenprogramms im Befehlsadressenzählerregister generiert und die Maschine beginnt mit der Ausführung usw. Die Befehle werden nacheinander ausgeführt, bis das gesamte Programm abgeschlossen ist. Sobald das Programm abgeschlossen ist, wird die Steuerung wieder an das Command.com-Programm des Betriebssystems übertragen.

PC-Speichergeräte

Der Computerspeicher besteht aus binären Speicherelementen – Bits, zusammengefasst in Gruppen von 8 Bits, sogenannten Bytes. (Speichereinheiten sind dasselbe wie Informationseinheiten.) Alle Bytes sind nummeriert. Die Nummer eines Bytes wird als seine Adresse bezeichnet. Bytes können zu Zellen, auch Wörter genannt, zusammengefasst werden. Jeder Computer hat eine bestimmte Wortlänge – zwei, vier oder acht Bytes. Dies schließt die Verwendung von Speicherzellen unterschiedlicher Länge (z. B. Halbwort, Doppelwort) nicht aus. Typischerweise kann ein Maschinenwort entweder eine Ganzzahl oder einen Befehl darstellen. Variable Formate zur Darstellung von Informationen sind jedoch zulässig.

Tabelle 1.

Aufteilung des Speichers in Wörter für Vier-Byte-Computer.

Byte 0	Byte 1	Byte 2	Byte 3	Byte 4	Byte 5	Byte 6	Byte 7
Halbwort		Halbwort		Halbwort		Halbwort
Wort				Wort
Doppelwort

Weit verbreitet sind auch größere abgeleitete Einheiten der Speicherkapazität: Kilobyte, Megabyte, Gigabyte und neuerdings auch Terabyte und Petabyte.

Moderne Computer verfügen über viele verschiedene Speichergeräte, die sich hinsichtlich Zweck, Zeitverhalten, Menge der gespeicherten Informationen und Kosten für die Speicherung derselben Informationsmenge stark unterscheiden. Es gibt zwei Haupttypen von Speicher – interner und externer. Der interne Speicher besteht aus RAM, Cache-Speicher und Spezialspeicher.

Direktzugriffsspeicher (RAM, englisch RAM, Random Access Memory – Direktzugriffsspeicher) ist ein schnelles Speichergerät mit nicht sehr großer Kapazität, das direkt mit dem Prozessor verbunden ist und zum Aufzeichnen, Lesen und Speichern ausführbarer Programme und von diesen Programmen verarbeiteter Daten bestimmt ist.

RAM wird nur zur temporären Speicherung von Daten und Programmen verwendet, da beim Ausschalten der Maschine alles verloren geht, was sich im RAM befand. Der Zugriff auf RAM-Elemente erfolgt direkt – das bedeutet, dass jedes Byte des Speichers seine eigene individuelle Adresse hat. Die Größe des Arbeitsspeichers beträgt normalerweise 32 – 512 MB, und für den effizienten Betrieb moderner Software ist es wünschenswert, über mindestens 256 MB Arbeitsspeicher zu verfügen. Typischerweise besteht RAM aus integrierten DRAM-Speicherchips (Dynamic RAM). DRAM-Chips sind langsamer als andere Speichertypen, kosten aber weniger.

Jedes Informationsbit im DRAM wird als elektrische Ladung eines winzigen Kondensators gespeichert, der in der Struktur des Halbleiterkristalls gebildet ist. Aufgrund von Leckströmen werden solche Kondensatoren schnell entladen und durch spezielle Geräte regelmäßig (etwa alle 2 Millisekunden) wieder aufgeladen. Dieser Vorgang wird als Speicherregeneration (Refresh Memory) bezeichnet. Moderne Mikroschaltungen haben eine Kapazität von 1 – 16 Mbit oder mehr. Sie werden in Gehäuse eingebaut und zu Speichermodulen zusammengebaut.

Die gebräuchlichsten Modultypen sind DIMM und SIMM. In einem SIMM-Modul sind Speicherelemente auf einer kleinen Leiterplatte von etwa 10 cm Länge montiert. Die Kapazität solcher Module ist nicht gleich - 256 KB, 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 64 MB. Verschiedene SIMMs können eine unterschiedliche Anzahl von Chips haben – neun, drei oder eins – und eine unterschiedliche Anzahl von Pins – 30 oder 72.

Ein wichtiges Merkmal von Speichermodulen ist die Datenzugriffszeit, die normalerweise 60 – 80 Nanosekunden beträgt.

Derzeit werden SIMMs praktisch nicht verwendet. Sie wurden durch DIMMs ersetzt, und DIMMs werden durch DDR und RIMMs ersetzt, aber im Vergleich zu DIMMs sind sie etwas teurer und eine entsprechend höhere Austauschgeschwindigkeit.

Cache oder Ultra-Random-Access-Speicher ist ein sehr schneller, kleinvolumiger Speicher, der beim Datenaustausch zwischen einem Mikroprozessor und dem RAM verwendet wird, um den Unterschied in der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung zwischen dem Prozessor und dem etwas langsameren RAM auszugleichen.

Der Cache-Speicher wird von einem speziellen Gerät gesteuert – einem Controller, der durch Analyse des ausgeführten Programms vorherzusagen versucht, welche Daten und Befehle der Prozessor in naher Zukunft höchstwahrscheinlich benötigen wird, und diese in den Cache-Speicher pumpt. In diesem Fall sind sowohl „Hits“ als auch „Misses“ möglich. Im Falle eines Treffers, also wenn die benötigten Daten in den Cache gepumpt werden, werden diese ohne Verzögerung aus dem Speicher abgerufen. Befinden sich die benötigten Informationen nicht im Cache, liest der Prozessor sie direkt aus dem RAM. Das Verhältnis von Treffern zu Fehlschlägen bestimmt die Wirksamkeit des Cachings.

Der Cache-Speicher wird auf SRAM-Chips (Static RAM) implementiert, die schneller, teurer und kapazitätsärmer als DRAM sind. Moderne Mikroprozessoren verfügen über einen eingebauten Cache-Speicher, den sogenannten First-Level-Cache, mit einer Größe von 8–16 KB. Darüber hinaus kann auf der Hauptplatine des Computers ein Second-Level-Cache mit einer Kapazität von 64 KB bis 256 KB und höher installiert werden.

Zu den speziellen Speichergeräten gehören Festwertspeicher (ROM), umprogrammierbarer Festwertspeicher (Flash-Speicher), batteriebetriebener CMOS-RAM, Videospeicher und einige andere Speichertypen.

Nur-Lese-Speicher (ROM, Read Only Memory) ist ein nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von Daten verwendet wird, die niemals geändert werden müssen. Der Speicherinhalt wird bei der Herstellung des Geräts zur dauerhaften Speicherung speziell „fest verdrahtet“. ROM kann nur gelesen werden. Wiederprogrammierbarer Nur-Lese-Speicher (Flash-Speicher) ist ein nichtflüchtiger Speicher, der von einer Diskette mehrmals überschrieben werden kann.

Zunächst wird ein Programm zur Steuerung des Betriebs des Prozessors selbst in den permanenten Speicher geschrieben. ROM enthält Programme zur Steuerung von Display, Tastatur, Drucker, externem Speicher, Programme zum Starten und Stoppen des Computers sowie Testgeräte.

Der wichtigste Permanent- oder Flash-Speicherchip ist das BIOS-Modul. BIOS (Basic Input/Output System – grundlegendes Eingabe-/Ausgabesystem) ist eine Reihe von Programmen, die für Folgendes entwickelt wurden:

§ automatisches Testen von Geräten nach dem Einschalten des Computers;

§ Laden des Betriebssystems in den RAM.

Das BIOS hat eine zweifache Rolle: Einerseits ist es ein integraler Bestandteil der Hardware (Hardware) und andererseits ein wichtiges Modul jedes Betriebssystems (Software).

CMOS-RAM ist ein langsamer Speicher mit minimalem Batterieverbrauch. Wird zum Speichern von Informationen über die Konfiguration und Zusammensetzung der Computerhardware sowie deren Betriebsmodi verwendet. Der Inhalt des CMOS wird durch ein spezielles Setup-Programm im BIOS geändert (englisch Set-up – installieren, heißt „Setup“).

Der Videospeicher wird zum Speichern grafischer Informationen verwendet. Videospeicher (VRAM) ist eine Art Direktzugriffsspeicher, in dem codierte Bilder gespeichert werden. Dieser Speicher ist so organisiert, dass sein Inhalt zwei Geräten gleichzeitig zur Verfügung steht – dem Prozessor und dem Display. Daher ändert sich das Bild auf dem Bildschirm gleichzeitig mit der Aktualisierung der Videodaten im Speicher.

Der externe Speicher (ERAM) ist für die Langzeitspeicherung von Programmen und Daten konzipiert und die Integrität seines Inhalts hängt nicht davon ab, ob der Computer ein- oder ausgeschaltet ist. Im Gegensatz zu RAM hat externer Speicher keine direkte Verbindung mit dem Prozessor. Der externe Speicher des Computers umfasst:

§ Festplattenlaufwerke;

§ Diskettenlaufwerke;

§ CD-Laufwerke;

§ Magnetooptische CD-Laufwerke;

§ Magnetbandlaufwerke (Streamer) etc.

Eine Diskette oder Diskette ist ein Gerät zum Speichern kleiner Informationsmengen, bei dem es sich um eine flexible Kunststoffscheibe in einer Schutzhülle handelt. Wird verwendet, um Daten von einem Computer auf einen anderen zu übertragen und Software zu verteilen. Eine Diskette besteht aus einem runden Polymersubstrat, das auf beiden Seiten mit einem magnetischen Oxid beschichtet ist und in einer Kunststoffverpackung mit einer Reinigungsbeschichtung auf der Innenfläche untergebracht ist. Die Verpackung verfügt auf beiden Seiten über radiale Schlitze, durch die die Schreib-/Leseköpfe des Laufwerks Zugriff auf die Festplatte erhalten.

Die Methode zum Aufzeichnen binärer Informationen auf einem magnetischen Medium wird als magnetische Kodierung bezeichnet. Es liegt darin, dass magnetische Domänen im Medium mit ihren Nord- und Südpolen entlang von Bahnen in Richtung des angelegten Magnetfelds ausgerichtet sind. Typischerweise wird eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen binären Informationen und der Ausrichtung magnetischer Domänen hergestellt. Informationen werden entlang konzentrischer Spuren (Spuren) aufgezeichnet, die in Sektoren unterteilt sind. Die Anzahl der Spuren und Sektoren hängt vom Typ und Format der Diskette ab. Ein Sektor speichert die Mindestmenge an Informationen, die auf die Festplatte geschrieben oder von dieser gelesen werden können. Die Sektorkapazität ist konstant und beträgt 512 Byte.

Eine Diskette kann zwischen 360 Kilobyte und 2,88 Megabyte an Informationen speichern. Derzeit haben die am häufigsten verwendeten Disketten die folgenden Eigenschaften: Durchmesser 3,5 Zoll (89 mm), Kapazität 1,44 MB, Anzahl der Spuren – 80, Anzahl der Sektoren auf den Spuren – 18.

Die Diskette wird in ein Diskettenlaufwerk eingelegt, automatisch darin fixiert, woraufhin sich der Antriebsmechanismus auf eine Drehzahl von 360 U/min hochdreht. Die Diskette selbst dreht sich im Laufwerk, die Magnetköpfe bleiben bewegungslos. Die Diskette dreht sich nur, wenn darauf zugegriffen wird. Das Laufwerk ist über einen Diskettencontroller mit dem Prozessor verbunden.

Wenn Disketten ein Mittel zur Datenübertragung zwischen Computern sind, dann ist eine Festplatte das Informationslager eines Computers. Ein hartmagnetisches Laufwerk (HDD – Hard Disk Drive) oder Festplatte ist das am weitesten verbreitete Speichergerät mit hoher Kapazität, bei dem die Informationsträger runde Aluminiumplatten sind – Platten, deren beide Oberflächen mit einer Schicht aus magnetischem Material bedeckt sind . Wird zur dauerhaften Speicherung von Informationen – Programmen und Daten – verwendet.

Reis. 1. Festplatte mit abgenommenem Gehäusedeckel.

Wie bei einer Diskette sind die Arbeitsflächen der Platten in kreisförmige konzentrische Spuren und die Spuren in Sektoren unterteilt. Die Lese-/Schreibköpfe sind zusammen mit ihrer tragenden Struktur und den Datenträgern in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, dem sogenannten Datenmodul, eingeschlossen. Wenn ein Datenmodul auf einem Festplattenlaufwerk installiert wird, verbindet es sich automatisch mit einem System, das gereinigte gekühlte Luft pumpt.

Die Oberfläche des Plattentellers verfügt über eine nur 1,1 Mikrometer dicke Magnetbeschichtung sowie eine Gleitmittelschicht, die den Kopf beim Absenken und Anheben während der Fahrt vor Beschädigungen schützt. Wenn sich der Plattenteller dreht, bildet sich darüber eine Luftschicht, die ein Luftpolster dafür bietet, dass der Kopf in einer Höhe von 0,5 Mikrometern über der Plattenoberfläche hängt.

Winchester-Laufwerke haben eine sehr große Kapazität: von Hunderten von Megabyte bis zu mehreren zehn GB oder sogar Hunderten von GB. Bei modernen Modellen erreicht die Spindeldrehzahl 5600 - 7200 U/min, die durchschnittliche Datensuchzeit beträgt 10 ms, die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit beträgt bis zu 40 MB/s. Im Gegensatz zu einer Diskette dreht sich eine Festplatte kontinuierlich. Die Festplatte ist über den Festplattencontroller mit dem Prozessor verbunden. Alle modernen Laufwerke sind mit einem integrierten Cache (64 KB oder mehr) ausgestattet, was ihre Leistung deutlich steigert.

Reis. 2. CD-Laufwerke.

Die CD-ROM besteht aus einer transparenten Polymerbasis mit einem Durchmesser von 12 cm und einer Dicke von 1,2 mm. Eine Seite ist mit einer dünnen Aluminiumschicht bedeckt, die durch eine Lackschicht vor Beschädigungen geschützt ist. Binäre Informationen werden durch einen sequentiellen Wechsel von Vertiefungen (Pits) und der Hauptschicht (Land) dargestellt. Auf einem Zoll (2,54 cm) im Radius der Scheibe befinden sich 16.000 Spuren mit Informationen. Zum Vergleich: Auf einer Diskette gibt es nur 96 Spuren pro Zoll Radius. CD-Kapazität bis zu 780 MB. Die Informationen werden werkseitig auf die Festplatte geschrieben und können nicht geändert werden.

Vorteile von CD-ROM:

§ Trotz ihrer geringen physischen Größe verfügen CD-ROMs über eine hohe Informationskapazität, die den Einsatz in Referenzsystemen und Bildungskomplexen mit reichhaltigem Anschauungsmaterial ermöglicht; Eine CD, etwa so groß wie eine Diskette, entspricht im Informationsvolumen fast 500 solcher Disketten.

§ Das Lesen von Informationen von einer CD erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, vergleichbar mit der Geschwindigkeit einer Festplatte.

§ CDs sind einfach und leicht zu verwenden und nutzen sich praktisch nicht ab.

§ CDs können nicht mit Viren infiziert sein.

§ Es ist unmöglich, versehentlich Informationen auf einer CD-ROM zu löschen.

§ Die Kosten für die Datenspeicherung (pro 1 MB) sind gering.

Im Gegensatz zu Magnetplatten haben CDs nicht viele kreisförmige Spuren, sondern eine – eine spiralförmige, wie Schallplatten. In dieser Hinsicht ist die Drehwinkelgeschwindigkeit der Scheibe nicht konstant. Sie nimmt linear ab, wenn sich der Lesemagnetkopf in Richtung Plattenmitte bewegt.

Um mit CD-ROM zu arbeiten, müssen Sie ein CD-ROM-Laufwerk (CD-ROM-Laufwerk) an Ihren Computer anschließen, in dem CDs wie in einem normalen Player gewechselt werden. CD-ROM-Laufwerke werden oft als CD-ROM-Player oder CD-ROM-Laufwerke bezeichnet.

Die Bereiche der CD, in denen die Zeichen „0“ und „1“ geschrieben sind, unterscheiden sich im Reflexionsvermögen des vom CD-ROM-Laufwerk gesendeten Laserstrahls. Diese Unterschiede werden von einer Fotozelle erfasst und das Gesamtsignal in eine entsprechende Folge von Nullen und Einsen umgewandelt. Viele CD-ROM-Laufwerke können normale Audio-CDs abspielen. Dadurch kann der am Computer arbeitende Benutzer im Hintergrund Musik hören.

Es gibt CD-RWs für die Aufnahme auf spezielle CDs, CD-Rs von 650 – 700 MB und CD-RWs für wiederholte Aufnahmen mit einer Kapazität von 650 – 700 MB. Im Laufe der Zeit werden CD-ROMs möglicherweise durch digitale Video-Discs (DVDs) ersetzt. Diese Discs haben die gleiche Größe wie normale CDs, können jedoch bis zu 28 GB Daten speichern, d. h. sie ersetzen sieben oder mehr Standard-CD-ROM-Laufwerke. Die DVD-Kapazität wird bald auf 48 GB erhöht. DVD-Discs gibt es in 1, 2 und 4 Schichten; zum Abspielen von DVD-Discs benötigen Sie eine DVD-ROM.

Magnetooptischer CD-Speicher C D-MO (Compact Disk-Magneto Optical). Scheiben C D-MOs können für die Aufnahme wiederverwendet werden, sind jedoch auf herkömmlichen CD-ROM-Laufwerken nicht lesbar. Kapazität von 128 MB bis 2,6 GB. Ein CD-R-Aufnahmelaufwerk (Compact Disk Recordable) kann neben dem Lesen normaler CDs auch Informationen auf speziellen optischen Datenträgern aufzeichnen. Kapazität 650 MB. Mit dem WARM-Laufwerk (Write And Read Many times) können Sie mehrmals schreiben und lesen. Mit dem WORM-Laufwerk (Write Once, Read Many times) können Sie einmal schreiben und mehrmals lesen. ZIP- und JAZZ-Speicherung auf Festplatten mit Kapazitäten von 100 MB bis 2,2 GB.

Streamer (engl. Tape Streamer) – ein Gerät zum Sichern großer Informationsmengen. Als Medien kommen hier Magnetbandkassetten mit einer Kapazität von 1–2 GB oder mehr zum Einsatz. Mit Streamern können Sie eine große Menge an Informationen auf einer kleinen Magnetbandkassette aufzeichnen. Mit den im Bandlaufwerk integrierten Hardware-Komprimierungstools können Sie Informationen vor dem Aufzeichnen automatisch komprimieren und nach dem Lesen wiederherstellen, wodurch sich die Menge der gespeicherten Informationen erhöht. Der Nachteil von Streamern ist ihre relativ geringe Geschwindigkeit beim Aufzeichnen, Suchen und Lesen von Informationen.

In letzter Zeit werden zunehmend Speichergeräte auf Wechseldatenträgern verwendet, die nicht nur eine Erhöhung der Menge der gespeicherten Informationen, sondern auch die Übertragung von Informationen zwischen Computern ermöglichen. Das Volumen von Wechseldatenträgern reicht von Hunderten von MB bis zu mehreren Gigabyte.

Grundlegende externe PC-Geräte

Tastatur

Die Tastatur dient zur Eingabe von Informationen in den Computer und zur Bereitstellung von Steuersignalen. Es enthält einen Standardsatz alphanumerischer Tasten und einige zusätzliche Tasten – Steuer- und Funktionstasten, Cursortasten sowie einen kleinen Ziffernblock. Der Cursor ist ein leuchtendes Symbol auf dem Monitorbildschirm, das die Position anzeigt, an der das nächste über die Tastatur eingegebene Zeichen angezeigt wird. Alle über die Tastatur eingegebenen Zeichen werden sofort an der Cursorposition auf dem Monitor angezeigt.

Die heute gebräuchlichste Tastatur ist die 101-Tasten-Tastatur mit der QWERTZ-Tastenanordnung (ausgesprochen „Querty“), benannt nach den Tasten in der oberen linken Reihe des alphanumerischen Teils der Tastatur. Diese Tastatur verfügt über 12 Funktionstasten, die sich am oberen Rand befinden. Durch Drücken einer Funktionstaste wird nicht nur ein Zeichen, sondern eine ganze Reihe von Zeichen an den Computer gesendet. Funktionstasten können vom Benutzer programmiert werden. Beispielsweise wird in vielen Programmen die F1-Taste verwendet, um Hilfe (Hinweise) zu erhalten, und die F10-Taste wird verwendet, um das Programm zu verlassen.

Die Steuertasten haben folgende Zwecke:

§ Enter - Eingabetaste;

§ Esc-Taste (Escape – Exit), um alle Aktionen abzubrechen, das Programm, das Menü usw. zu verlassen;

§ Strg und Alt – diese Tasten haben keine eigenständige Bedeutung, aber wenn sie zusammen mit anderen Steuertasten gedrückt werden, ändern sie ihre Wirkung;

§ Shift (Groß-/Kleinschreibung) – ermöglicht eine Änderung der Groß-/Kleinschreibung der Tasten (von oben nach unten und umgekehrt);

§ Einfügen (Einfügen) – wechselt zwischen dem Einfügemodus (neue Zeichen werden in die Mitte bereits eingegebener Zeichen eingegeben und diese auseinander verschoben) und dem Ersetzungsmodus (alte Zeichen werden durch neue ersetzt);

§ Löschen – löscht ein Zeichen von der Cursorposition;

§ Rücktaste oder – löscht das Zeichen vor dem Cursor;

§ Home und End – bewegen Sie den Cursor jeweils an die erste und letzte Position der Zeile;

§ Seite nach oben und Seite nach unten – ermöglichen die Bewegung durch den Text jeweils eine Seite (einen Bildschirm) hin und her;

§ Tab – die Tabulatortaste bewegt den Cursor mehrere Positionen gleichzeitig nach rechts, bis zum nächsten Tabulatorstopp;

§ Feststelltaste – sperrt Großbuchstaben und ermöglicht die Eingabe von Großbuchstaben anstelle von Kleinbuchstaben;

§ Bildschirm drucken – ermöglicht das Drucken der aktuell auf dem Bildschirm angezeigten Informationen.

Die lange untere Taste ohne Namen ist für die Eingabe von Leerzeichen vorgesehen.

Der kleine Ziffernblock wird in zwei Modi verwendet: zum Eingeben von Zahlen und zum Steuern des Cursors. Das Umschalten zwischen diesen Modi erfolgt mit der Num Lock-Taste.

Die Tastatur enthält einen eingebauten Mikrocontroller (lokales Steuergerät), der folgende Funktionen ausführt:

§ fragt nacheinander die Schlüssel ab, liest das eingegebene Signal und generiert einen binären Scancode für den Schlüssel;

§ steuert die Kontrollleuchten der Tastatur;

§ Führt interne Fehlerdiagnosen durch;

§ kommuniziert mit dem Zentralprozessor über I/O-Port Tastaturen.

Die Tastatur verfügt über einen eingebauten Puffer – einen kleinen Zwischenspeicher, in dem eingegebene Zeichen abgelegt werden. Wenn der Puffer überläuft, ertönt beim Drücken einer Taste ein akustisches Signal – das bedeutet, dass das Zeichen nicht eingegeben (abgelehnt) wurde. Die Tastatur wird durch spezielle, im BIOS integrierte Programme unterstützt Tastaturtreiber, das die Möglichkeit bietet, russische Buchstaben einzugeben, die Geschwindigkeit der Tastatur zu steuern usw.

Computervideosystem

Das Computervideosystem besteht aus drei Komponenten:

§ Monitor (auch Display genannt);

§ Videoadapter;

§ Software (Videosystemtreiber).

Der Videoadapter sendet Steuersignale für die Strahlhelligkeit sowie horizontale und vertikale Scansignale an den Monitor. Der Monitor wandelt diese Signale in visuelle Bilder um. Und Software verarbeitet Videobilder, führt Signalkodierung und -dekodierung, Koordinatentransformationen, Bildkomprimierung usw. durch.

Monitor ist ein Gerät zur visuellen Darstellung von Informationen (in Form von Texten, Tabellen, Bildern, Zeichnungen usw.). Die überwiegende Mehrheit der Monitore basiert auf einer Kathodenstrahlröhre (CRT) und ihr Funktionsprinzip ähnelt dem Funktionsprinzip eines Fernsehers. Monitore sind alphanumerisch und grafisch, monochrom und farbig. Moderne Computer sind in der Regel mit Farbgrafikmonitoren ausgestattet.

Das Hauptelement des Displays ist eine Kathodenstrahlröhre. Sein dem Betrachter zugewandter Vorderteil ist innen mit Phosphor beschichtet – einer speziellen Substanz, die beim Auftreffen schneller Elektronen Licht aussenden kann. Der Leuchtstoff wird in Form von Punktsätzen in drei Grundfarben aufgetragen: Rot, Grün und Blau. Diese Farben werden Primärfarben genannt, da ihre Kombinationen (in verschiedenen Anteilen) jede Farbe im Spektrum darstellen können. Die Sätze von Leuchtstoffpunkten sind in dreieckigen Dreiergruppen angeordnet. Der Dreiklang bildet ein Pixel – einen Punkt, aus dem ein Bild entsteht (englisch pixel – picture element, Bildelement). Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Pixel wird als Punktabstand des Monitors bezeichnet. Dieser Abstand beeinflusst die Klarheit des Bildes erheblich. Je kleiner der Schritt, desto höher die Klarheit. Typischerweise beträgt der Abstand bei Farbmonitoren 0,24 mm. Bei diesem Schritt nimmt das menschliche Auge die Punkte der Triade als einen Punkt einer „komplexen“ Farbe wahr.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Röhre befinden sich drei (entsprechend der Anzahl der Grundfarben) Elektronenkanonen. Alle drei Kanonen „zielen“ auf dasselbe Pixel, aber jede von ihnen sendet einen Elektronenstrom in Richtung „ihres“ Phosphorpunkts aus. Damit die Elektronen ungehindert den Schirm erreichen, wird Luft aus der Röhre gepumpt und zwischen den Kanonen und dem Schirm eine hohe elektrische Spannung erzeugt, die die Elektronen beschleunigt.

Im Weg der Elektronen wird vor dem Bildschirm eine Maske platziert – eine dünne Metallplatte mit vielen Löchern, die den Leuchtstoffpunkten gegenüberliegt. Die Maske sorgt dafür, dass Elektronenstrahlen nur auf die Leuchtstoffpunkte der entsprechenden Farbe treffen. Die Größe des elektronischen Stroms der Kanonen und damit die Helligkeit der Pixel wird durch das vom Videoadapter kommende Signal gesteuert.

Reis. 3. Verlauf des Elektronenstrahls über den Bildschirm.

Auf dem Teil des Kolbens, in dem sich die Elektronenkanonen befinden, ist ein Monitorablenksystem angebracht, das den Elektronenstrahl dazu zwingt, alle Pixel einzeln, Zeile für Zeile, von oben nach unten zu durchlaufen und dann zum Anfang des Bildes zurückzukehren oberste Zeile usw.

Die Anzahl der pro Sekunde angezeigten Zeilen wird als horizontale Scanrate bezeichnet. Und die Häufigkeit, mit der sich die Bildrahmen ändern, wird als Bildrate bezeichnet. Letztere sollte nicht unter 60 Hz liegen, sonst flackert das Bild.

Neben herkömmlichen CRT-Monitoren werden zunehmend auch Flüssigkristall-Flachbildschirme (LCD) verwendet. Flüssigkristalle sind ein besonderer Zustand einiger organischer Substanzen, in dem sie flüssig sind und die Fähigkeit besitzen, räumliche Strukturen ähnlich kristallinen zu bilden. Flüssigkristalle können unter dem Einfluss elektrischer Spannung ihre Struktur und lichtoptischen Eigenschaften verändern. Durch die Änderung der Ausrichtung von Kristallgruppen mithilfe eines elektrischen Felds und die Verwendung von in eine Flüssigkristalllösung eingebrachten Substanzen, die unter dem Einfluss eines elektrischen Felds Licht emittieren können, ist es möglich, hochwertige Bilder zu erstellen, die mehr als 15 Millionen Farbtöne vermitteln .

Die meisten LCD-Monitore verwenden einen dünnen Flüssigkristallfilm zwischen zwei Glasplatten. Ladungen werden durch die sogenannte Passivmatrix übertragen – ein Gitter aus unsichtbaren Fäden, horizontal und vertikal, wodurch am Schnittpunkt der Fäden ein Bildpunkt entsteht (etwas unscharf, da die Ladungen in benachbarte Bereiche der Flüssigkeit eindringen).

Aktive Matrizen verwenden anstelle von Filamenten einen transparenten Schirm aus Transistoren und liefern ein helles, nahezu verzerrungsfreies Bild. Das Panel ist in 308.160 (642x480) unabhängige Zellen unterteilt, die jeweils aus vier Teilen bestehen (für drei Primärfarben und eine Reserve). Somit verfügt der Bildschirm über knapp 1,25 Millionen Punkte, die jeweils von einem eigenen Transistor gesteuert werden.

In puncto Kompaktheit suchen solche Monitore ihresgleichen. Sie nehmen zwei- bis dreimal weniger Platz ein als Röhrenmonitore und sind genauso viel leichter; verbrauchen viel weniger Strom und senden keine elektromagnetischen Wellen aus, die die menschliche Gesundheit beeinträchtigen.

Eine Art Monitor ist ein Touchscreen. Dabei erfolgt die Kommunikation mit dem Computer durch Berühren einer bestimmten Stelle auf dem empfindlichen Bildschirm mit dem Finger. Dadurch wird der gewünschte Modus aus dem auf dem Monitorbildschirm angezeigten Menü ausgewählt. Ein Menü ist eine Liste verschiedener Computer-Bedienoptionen, die auf dem Monitorbildschirm angezeigt werden und aus denen Sie eine bestimmte Auswahl treffen können. Bedien- und Disponentenarbeitsplätze sind mit Touchscreens ausgestattet, sie werden in Informations- und Referenzsystemen usw. eingesetzt.

Ein Videoadapter ist eine elektronische Platine, die Videodaten (Text und Grafiken) verarbeitet und den Betrieb des Displays steuert. Enthält Videospeicher, Eingabe-/Ausgaberegister und ein BIOS-Modul. Sendet Steuersignale für die Strahlhelligkeit und Bildabtastsignale an das Display. Der heute gebräuchlichste Videoadapter ist der SVGA-Adapter (Super Video Graphics Array), der 1280 x 1024 Pixel mit 256 Farben und 1024 x 768 Pixel mit 16 bis 32 Millionen Farben auf dem Bildschirm anzeigen kann.

Mit der zunehmenden Anzahl von Anwendungen, die komplexe Grafiken und Videos verwenden, werden neben herkömmlichen Videoadaptern auch verschiedene Computer-Videosignalverarbeitungsgeräte häufig verwendet:

§ Grafikbeschleuniger (Beschleuniger) sind spezialisierte Grafik-Coprozessoren, die die Effizienz eines Videosystems steigern. Ihr Einsatz befreit den Zentralprozessor von einer Vielzahl von Operationen mit Videodaten, da die Beschleuniger selbstständig berechnen, welche Pixel auf dem Bildschirm angezeigt werden sollen und welche Farben sie haben.

§ Framegrabber, mit denen Sie ein Videosignal von einem Videorecorder, einer Kamera, einem Laserplayer usw. auf einem Computerbildschirm anzeigen können, um das gewünschte Bild im Speicher zu erfassen und es anschließend als Datei zu speichern.

§ TV-Tuner sind Grafikkarten, die einen Computer in einen Fernseher verwandeln. Mit dem TV-Tuner können Sie jedes gewünschte Fernsehprogramm auswählen und in einem skalierbaren Fenster auf dem Bildschirm anzeigen. Auf diese Weise können Sie den Fortschritt der Übertragung überwachen, ohne Ihre Arbeit unterbrechen zu müssen.

Ein Audioadapter (Sound Blaster oder Soundkarte) ist eine spezielle elektronische Platine, mit der Sie Ton aufnehmen, wiedergeben und in Software mithilfe eines Mikrofons, Kopfhörers, Lautsprechers, eines integrierten Synthesizers und anderer Geräte erstellen können. Der Audioadapter enthält zwei Informationskonverter:

§ Analog-zu-Digital, das kontinuierliche, also analoge Tonsignale (Sprache, Musik, Geräusche) in digitalen Binärcode umwandelt und auf einem magnetischen Medium aufzeichnet;

§ Digital-zu-Analog, das digital gespeicherte Audiodaten umgekehrt in ein analoges Signal umwandelt, das dann über ein Lautsprechersystem, einen Klangsynthesizer oder Kopfhörer wiedergegeben wird.

Mit professionellen Soundkarten können Sie eine komplexe Klangverarbeitung durchführen, Stereoton bereitstellen und über ein eigenes ROM verfügen, in dem Hunderte von Tönen verschiedener Musikinstrumente gespeichert sind.

Sounddateien sind normalerweise sehr groß. Somit belegt eine dreiminütige Audiodatei mit Stereoton etwa 30 MB Speicher. Daher bieten Sound Blaster-Karten zusätzlich zu ihren Grundfunktionen eine automatische Dateikomprimierung.

Der Anwendungsbereich von Soundkarten sind Computerspiele, Lernsoftwaresysteme, Werbepräsentationen, „Voicemail“ zwischen Computern, Beschallung verschiedener Prozesse in Computergeräten, wie beispielsweise Papiermangel im Drucker usw.

Modem

Ein Modem ist ein Gerät zur Übertragung von Computerdaten über große Entfernungen über Telefonleitungen. Von einem Computer erzeugte digitale Signale können nicht direkt über das Telefonnetz übertragen werden, da es für die Übertragung menschlicher Sprache konzipiert ist – kontinuierliche Audiofrequenzsignale. Das Modem sorgt für die Umwandlung digitaler Computersignale in Wechselstrom mit Audiofrequenz – dieser Vorgang wird Modulation genannt, ebenso wie die umgekehrte Umwandlung, die Demodulation genannt wird. Daher der Name des Geräts: Modem – Modulator/Demodulator.

Um zu kommunizieren, ruft ein Modem ein anderes Modem per Telefonnummer an und dieses beantwortet den Anruf. Die Modems senden sich dann gegenseitig Signale und einigen sich auf einen Kommunikationsmodus, der für beide geeignet ist. Das sendende Modem beginnt dann mit dem Senden modulierter Daten mit der vereinbarten Rate (Bits pro Sekunde) und dem vereinbarten Format. Das Modem am anderen Ende wandelt die empfangenen Informationen in digitale Form um und übermittelt sie an seinen Computer. Nach Abschluss der Kommunikationssitzung trennt das Modem die Verbindung zur Leitung.

Die Steuerung des Modems erfolgt über eine spezielle Schaltsoftware. Modems können externe Modems sein, die in Form eines separaten Geräts hergestellt werden, und interne Modems, bei denen es sich um eine im Computer installierte elektronische Platine handelt. Fast alle Modems unterstützen auch Faxfunktionen.

Ein Fax ist ein Gerät zur Faxübertragung von Bildern über ein Telefonnetz. Der Name „Fax“ kommt vom Wort „Faksimile“ (lat. fac simile – so etwas tun) und meint die exakte Reproduktion einer grafischen Vorlage (Unterschrift, Dokument etc.) mittels Druck. Ein Modem, das wie ein Fax Daten senden und empfangen kann, wird Faxmodem genannt.

Manipulatoren

Manipulatoren (Maus, Joystick usw.) sind spezielle Geräte, die zur Steuerung des Cursors dienen. Die Maus sieht aus wie eine kleine Box, die vollständig in Ihre Handfläche passt. Die Maus wird mit einem Kabel über einen speziellen Block – einen Adapter – mit dem Computer verbunden und ihre Bewegungen werden in entsprechende Cursorbewegungen auf dem Bildschirm umgewandelt. An der Oberseite des Geräts befinden sich Steuertasten (normalerweise drei davon), mit denen Sie den Beginn und das Ende der Bewegung festlegen, ein Menü auswählen usw. können.

Ein Joystick ist in der Regel eine Stiftstange, deren Abweichung von der vertikalen Position zur Bewegung des Cursors in die entsprechende Richtung auf dem Bildschirm führt. Wird oft in Computerspielen verwendet. Bei einigen Modellen ist im Joystick ein Drucksensor montiert. Dabei gilt: Je stärker der Benutzer auf den Griff drückt, desto schneller bewegt sich der Cursor über den Bildschirm.

Ein Trackball ist ein kleiner Kasten, in dessen Oberseite eine Kugel eingebaut ist. Der Benutzer dreht den Ball mit der Hand und bewegt den Cursor entsprechend. Im Gegensatz zu einer Maus benötigt ein Trackball keinen freien Platz in der Nähe des Computers, er kann in das Gehäuse der Maschine eingebaut werden.

Digitalisierer ist ein Gerät zur Umwandlung fertiger Bilder (Zeichnungen, Karten) in digitale Form. Es besteht aus einem flachen Panel – einem Tablet, das auf dem Tisch liegt, und einem Spezialwerkzeug – einem Stift, mit dem die Position auf dem Tablet angezeigt wird. Wenn Sie den Stift über das Tablett bewegen, werden seine Koordinaten an nahe gelegenen Punkten aufgezeichnet, die dann im Computer in die erforderlichen Maßeinheiten umgewandelt werden.

Drucker

Drucker (Druckgeräte) sind Geräte zur Ausgabe von Daten von einem Computer, zur Umwandlung von ASCII-Informationscodes in entsprechende grafische Symbole (Buchstaben, Zahlen, Zeichen usw.) und zur Fixierung dieser Symbole auf Papier. Drucker sind die am weitesten entwickelte Gruppe von PC-Geräten und umfassen bis zu 1000 verschiedene Modifikationen. Drucker unterscheiden sich in verschiedener Hinsicht voneinander:

§ Farbe (Schwarzweiß und Farbe);

§ Verfahren zur Bildung von Zeichen (Zeichendruck und Zeichensynthese);

§ Funktionsprinzip (Matrix, thermisch, Tintenstrahl, Laser);

§ Druckverfahren (betont, unbetont) und Linienbildung (sequentiell, parallel);

§ Schlittenbreite (mit breitem (375 – 450 mm) und schmalem (250 mm) Schlitten);

§ Länge der gedruckten Zeile (80 und 132 – 136 Zeichen);

§ Zeichensatz (bis zum vollständigen ASCII-Zeichensatz);

§ Druckgeschwindigkeit;

§ Auflösung, die gebräuchlichste Maßeinheit ist dpi (Punkte pro Zoll) – die Anzahl der Punkte pro Zoll.

Innerhalb einer Reihe von Gruppen können mehrere Druckertypen unterschieden werden. Beispielsweise können in PCs weit verbreitete Drucker zur Synthetisierung von Matrixzeichen auf ihrem Funktionsprinzip basieren: Anschlag, Thermographie, Elektrographie, Elektrostatik, Magnetographie usw. Unter den Anschlagdruckern sind Buchstaben-, Kugel-, Blütenblatt- (Gänseblümchen-) und Nadeldrucker (Matrix) zu nennen ) usw. werden häufig verwendet.

Drucker können Zeichen für Zeichen, Zeile für Zeile oder Seite für Seite drucken. Die Druckgeschwindigkeit variiert von 10 – 300 Zeichen/s (Anschlagdrucker) über 500 – 1000 Zeichen/s und sogar bis zu mehreren zehn (bis zu 20) Seiten pro Minute (anschlaglose Laserdrucker); Auflösung - von 3 – 5 Punkten pro Millimeter bis 30 – 40 Punkten pro Millimeter (Laserdrucker).

Viele Drucker ermöglichen die effiziente Ausgabe grafischer Informationen (unter Verwendung pseudografischer Zeichen); Service-Druckmodi; Dichtes Drucken, Drucken in doppelter Breite, Unterstreichungsdruck mit hochgestellten und tiefgestellten Zeichen, Hervorhebungsdruck (jedes Zeichen wird zweimal gedruckt), Doppeldurchgangsdruck (das zweite Mal wird das Zeichen mit einer leichten Verschiebung gedruckt) und Mehrfarbendruck (aufwärts). (bis zu 100 verschiedene Farben und Schattierungen) drucken.

Bei Nadeldruckern wird das Bild aus Punkten gebildet. Nadeldrucker können in zwei Modi arbeiten – Text und Grafiken. Im Textmodus werden Zeichencodes zum Drucken an den Drucker gesendet, wobei die Zeichenumrisse aus dem Zeichengenerator des Druckers ausgewählt werden. Im Grafikmodus werden Codes an den Drucker gesendet, die die Reihenfolge und Position der Bildpunkte bestimmen.

Bei Nadel-Nadeldruckern werden Punkte mit dünnen Nadeln gedruckt, die durch ein Farbband auf das Papier treffen. Jede Nadel wird von einem eigenen Elektromagneten gesteuert. Das Druckwerk bewegt sich horizontal und die Zeichen in der Zeile werden nacheinander gedruckt. Viele Drucker drucken sowohl im Vorwärts- als auch im Rückwärtstakt. Die Anzahl der Pins im Druckkopf bestimmt die Druckqualität. Preiswerte Drucker haben 9 Nadeln. Die Zeichenmatrix in solchen Druckern hat eine Abmessung von 7x9 oder 9x9 Pixeln. Fortgeschrittenere Nadeldrucker verfügen über 18 oder sogar 24 Nadeln.

Die Druckqualität von Nadeldruckern wird auch durch die Fähigkeit bestimmt, während des Druckvorgangs Punkte mit teilweiser Überlappung in mehreren Durchgängen des Druckkopfs auszugeben. Für den Textdruck gibt es im Allgemeinen folgende Modi, die sich durch unterschiedliche Druckqualität auszeichnen:

§ Entwurfsmodus (Entwurf);

§ Druckmodus nahe an der Typografie (NLQ – Near-Letter-Quality);

§ Modus mit typografischer Druckqualität (LQ – Letter-Quality);

§ Super-Qualitätsmodus (SLQ – Super Letter-Qublity).

Notiz.Die Modi LQ und SLQ werden nur von Tintenstrahl- und Laserdruckern unterstützt.

Bei Druckern mit unterschiedlicher Nadelanzahl werden diese Modi unterschiedlich implementiert. Bei 9-Nadel-Druckern erfolgt der Entwurfsdruck in einem Durchgang des Druckkopfes entlang der Linie. Dies ist der schnellste Druckmodus, bietet jedoch die niedrigste Qualität. Der NLQ-Modus wird in zwei Durchgängen implementiert: Nach dem ersten Durchgang des Kopfes wird das Papier um eine Distanz gezogen, die der halben Punktgröße entspricht; dann erfolgt ein zweiter Durchgang mit teilweiser Überlappung der Punkte. Dadurch wird die Druckgeschwindigkeit um die Hälfte reduziert.

Nadeldrucker unterstützen normalerweise mehrere Schriftarten und deren Varianten, darunter Roman (kleine Schreibmaschinenschrift), Italic (kursiv), Bold-Face (fett), Expanded (gestreckt), Elite (halbkomprimiert), Condensed (komprimiert) und Pica (gerade Schriftart - Cicero), Courier (Courier), San Serif (gehackte Senserif-Schrift), Serif (Serif), Prestige Elite (Prestige Elite) und proportionale Schriftart (die Breite des dem Zeichen zugewiesenen Felds hängt von der Breite des Zeichens ab) .

Das Umschalten der Betriebsarten von Nadeldruckern und das Ändern von Schriftarten kann sowohl softwaremäßig als auch hardwaremäßig durch Drücken der auf den Geräten verfügbaren Tasten und/oder entsprechende Einstellung der Schalter erfolgen.

Die Leistung von Matrixdruckern beim Drucken von Text im Entwurfsmodus liegt im Bereich von 100 – 300 Zeichen/s, was etwa zwei Seiten pro Minute (einschließlich Blattwechsel) entspricht.

Laserdrucker nutzen das elektrografische Verfahren der Bilderzeugung, das in gleichnamigen Kopierern zum Einsatz kommt. Der Laser wird verwendet, um einen ultradünnen Lichtstrahl zu erzeugen, der die Konturen eines unsichtbaren elektronischen Punktbildes auf die Oberfläche einer vorgeladenen lichtempfindlichen Trommel zeichnet – die elektrische Ladung fließt von den Punkten auf der Oberfläche der Trommel, die vom Laser beleuchtet werden Strahl. Nach der Entwicklung des elektronischen Bildes mit Farbstoffpulver (Tonerpulver), das an den entladenen Bereichen haftet, wird der Druckvorgang durchgeführt – dabei wird der Toner von der Trommel auf das Papier übertragen und das Bild auf dem Papier fixiert, indem der Toner erhitzt wird, bis er schmilzt.

Laserdrucker bieten höchste Druckqualität mit einer Auflösung von bis zu 50 Punkten/mm (1200 dpi) und Druckgeschwindigkeiten von bis zu 1000 Zeichen/s. Farblaserdrucker sind weit verbreitet. Beispielsweise hat ein Laserdrucker Phaser 550 von Tektronix (USA) eine horizontale und vertikale Auflösung von 1200 dpi: Die Farbdruckgeschwindigkeit beträgt 5 A4-Seiten pro Minute, die Schwarzweißdruckgeschwindigkeit beträgt 14 Seiten pro Minute

Drucker können sowohl über parallele als auch serielle Schnittstellen mit MP verbunden werden. Parallele Ports werden zum Anschluss paralleler Drucker verwendet (wobei Informationen byteweise empfangen werden). Mit Adaptern wie Centronics können Sie beispielsweise bis zu drei Drucker gleichzeitig anschließen. Serielle Anschlüsse (2 Stk.) werden zum Anschluss von sequentiell arbeitenden (Informationen sequentiell jeweils 1 Bit wahrnehmenden) Druckern verwendet, zum Beispiel Adapter vom Typ R3-232C (Anschluss C2). Ein serieller Drucker bedeutet nicht, dass er langsam ist. Die meisten Drucker verwenden parallele Anschlüsse.

Viele Hochgeschwindigkeitsdrucker verfügen über einen eigenen Pufferspeicher mit einer Kapazität von bis zu mehreren hundert Kilobyte. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die beliebtesten PC-Drucker (ihr Anteil beträgt mindestens 30 %) von der japanischen Firma Seiko Epson hergestellt werden. Die für diese Drucker verwendete Steuersprache (ESC/P) ist zu einem De-facto-Standard geworden. Auch Drucker von Star Micronics, Hewlett Packard, Xerox, Mannesmann, Citizen, Panasonic usw. sind weit verbreitet.

Im Druckkopf von Tintenstrahldruckern befinden sich anstelle von Nadeln dünne Röhrchen – Düsen, durch die winzige Farbstofftröpfchen (Tinte) auf das Papier geschleudert werden. Dabei handelt es sich um stoßfreie Druckgeräte. Die Druckkopfmatrix enthält normalerweise 12 bis 64 Düsen. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Verbesserung erzielt: Es wurden Tintenstrahldrucker entwickelt, die eine Auflösung von bis zu 20 Punkten/mm und eine Druckgeschwindigkeit von bis zu 500 Zeichen/s bei hervorragender Druckqualität bieten, die der Qualität von Lasern nahekommt Drucken. Es stehen Farbtintenstrahldrucker zur Verfügung.

Neben Matrixnadeldruckern gibt es auch eine Gruppe von Matrix-Thermodruckern, die mit einem Thermomatrixkopf anstelle eines Nadeldruckkopfes ausgestattet sind und beim Drucken spezielles Thermopapier oder Thermokohle verwenden (was natürlich ihr wesentlicher Nachteil ist). .

Scanner

Ein Scanner ist ein Gerät zur direkten Eingabe von Informationen aus einem Papierdokument in einen Computer. Sie können Texte, Diagramme, Bilder, Grafiken, Fotos und andere grafische Informationen eingeben. Scanner sind das wichtigste Element elektronischer Dokumentenverarbeitungssysteme und ein notwendiger Bestandteil jedes „elektronischen Schreibtisches“. Indem Sie die Ergebnisse Ihrer Tätigkeiten in Akten festhalten und Informationen aus Papierdokumenten über einen Scanner mit automatischer Bilderkennung in einen PC eingeben, können Sie einen echten Schritt in Richtung papierloser Bürosysteme machen.

Scanner sind sehr vielfältig und lassen sich nach einer Reihe von Kriterien klassifizieren. Scanner sind in Schwarzweiß und Farbe erhältlich. Schwarzweißscanner können Linien- und Graustufenbilder lesen. Linienbilder vermitteln keine Halbtöne, also Graustufen. Mit Graustufen können Sie 16, 64 oder 256 Graustufen erkennen und übertragen. Farbscanner funktionieren sowohl mit Schwarzweiß- als auch mit Farboriginalen. Im ersten Fall können damit sowohl Linien- als auch Graustufenbilder gelesen werden.

Farbscanner nutzen das RGB-Farbmodell: Das gescannte Bild wird durch einen rotierenden RGB-Filter oder durch drei nacheinander leuchtende Farblampen beleuchtet; Das jeder Primärfarbe entsprechende Signal wird separat verarbeitet. Die Anzahl der übertragenen Farben reicht von 256 bis 65536 (High Color Standard) und sogar bis zu 16,7 Millionen (True Color Standard).

Die Auflösung von Scannern reicht von 75 bis 1600 dpi (Punkte pro Zoll). Vom Aufbau her handelt es sich bei den Scannern um Hand- und Tischscanner. Die Tischplatte wiederum ist in Tablett, Walze und Projektion unterteilt. Handscanner sind vom Aufbau her am einfachsten: Sie bewegen sich manuell über das Bild. Mit ihrer Hilfe werden nur wenige Bildzeilen in einem Durchgang erfasst (ihre Erfassung überschreitet in der Regel 105 mm nicht). Handscanner verfügen über eine Anzeige, die den Bediener warnt, wenn die zulässige Scangeschwindigkeit überschritten wird. Diese Scanner sind klein und kostengünstig. Scangeschwindigkeit 5-50 mm/s (je nach Auflösung).

Die vom Scanner im Speicher des Geräts erstellte Datei wird als Bitmap bezeichnet. Es gibt zwei Formate zur Darstellung grafischer Informationen in Computerdateien: das Rasterformat und das Vektorformat. In einem Rasterformat wird ein Grafikbild in einer Datei als Mosaiksatz aus vielen Punkten (Nullen und Einsen) gespeichert, die den Pixeln des auf dem Bildschirm angezeigten Bildes entsprechen. Es ist nicht möglich, diese Datei mit Standard-Text- und Grafikprozessoren zu bearbeiten, da diese Prozessoren nicht mit der Mosaikdarstellung von Informationen arbeiten. Im Textformat werden Informationen durch die Eigenschaften von Schriftarten, Zeichencodes, Absätzen usw. identifiziert. Standard-Textverarbeitungsprogramme sind für die Arbeit mit genau dieser Darstellung von Informationen ausgelegt.

Es sollte auch beachtet werden, dass eine Bitmap für ihre Speicherung viel Speicher benötigt. So benötigt eine Bitmap von 1 Blatt eines A4-Dokuments (204 x 297 mm) mit einer Auflösung von 10 Punkten/mm und ohne Halbtonübertragung (Linienbild) etwa 1 MB Speicher und bei der Wiedergabe von 16 Graustufen - 4 MB. bei der Wiedergabe eines hochwertigen Farbbildes (Kigh Color-Standard – 65536 Farben) – 16 MB. Mit anderen Worten: Bei Verwendung des True Color-Standards und einer Auflösung von 50 Punkten/mm reicht die Festplattenkapazität möglicherweise nicht aus, um auch nur eine Bitmap zu speichern. Die Reduzierung des zum Speichern von Bitmaps erforderlichen Speicherbedarfs erfolgt mithilfe verschiedener Methoden zur Informationskomprimierung, beispielsweise TIFF (Tag Image File Format), CT1FF (Compressed TIFF), JPEG, PCX, GIF (Graphics Interchange Format) und andere (Dateien mit Bitmaps). haben Erweiterungen, die den angegebenen Abkürzungen entsprechen).

Am besten ist es, den Scanner in Verbindung mit Bilderkennungssystemprogrammen wie OCR (Optical Character Recognition) zu verwenden. Das OCR-System erkennt die Bitkonturen (Mosaikkonturen) von Zeichen (Buchstaben und Zahlen), die der Scanner aus einem Dokument liest, kodiert sie mit ASCII-Codes und wandelt sie in ein für Texteditoren geeignetes Vektorformat um.

Einige OCR-Systeme müssen zunächst in der Erkennung geschult werden – geben Sie in den Speicher des Scanners Vorlagen und Prototypen erkannter Zeichen und deren entsprechende Codes ein. Schwierigkeiten treten beim Erkennen von Buchstaben mit demselben Stil in verschiedenen Alphabeten (z. B. im Lateinischen (Englisch) und im Russischen - Kyrillisch) und bei unterschiedlichen Schriftarten (Schriftstilen) auf. Die meisten Systeme erfordern jedoch keine Schulung: Erkannte Zeichen sind bereits in ihrem Speicher gespeichert. So enthält TIGER 2.0, eines der besten OCR-Softwarepakete, Prototypen von 30 verschiedenen Schriftarten und verwendet integrierte elektronische Wörterbücher zur Erkennung englischer und russischer Buchstaben.

In den letzten Jahren sind intelligente Bilderkennungsprogramme wie Omnifont aufgetaucht, die Zeichen nicht anhand von Punkten, sondern anhand der für jeden von ihnen charakteristischen individuellen Topologie erkennen. Wenn ein Bilderkennungssystem vorhanden ist, wird der Text nicht in Form einer Bitmap, sondern in Form von Codes in den PC-Speicher geschrieben und kann mit herkömmlichen Texteditoren bearbeitet werden.

Der Scanner wird an die parallele Schnittstelle des PCs angeschlossen. Um mit dem Scanner arbeiten zu können, muss der PC über einen speziellen Treiber verfügen, vorzugsweise einen Treiber, der dem TWAIN-Standard entspricht. Im letzteren Fall ist es möglich, mit einer Vielzahl von TWAIN-kompatiblen Scannern zu arbeiten und Dateien mit Programmen zu verarbeiten, die den TWAIN-Standard unterstützen, beispielsweise den gängigen Grafikeditoren Corel Draw, Max Mate, Picture Publisher, Adobe PhotoShop, Photo Beenden. FineReader-Texterkennung. Die meisten Treiber sind für die Verwendung mit der SCSI-Schnittstelle eines lokalen Computers konzipiert.

Literaturverzeichnis

1. Rudometov E., Rudometov V. PC-Architektur, Komponenten, Multimedia. - St. Petersburg, 2000.
2. Gein A.G., Senokosov A.I. Informatik. - M.: Bustard, 1998.
3. Kushnirenko A.G. und andere. Informatik. - M.: Bustard, 1998.
4. Kuznetsov A. A. et al. Grundlagen der Informatik. - M.: Bustard, 1998.
5. Lebedewg. V., Kushnirenko A.G. 12 Vorlesungen zum Unterrichten eines Informatikkurses. - M.: Bustard, 1998.

Der Entwurf der allermeisten Computer basiert auf allgemeinen Prinzipien, die 1945 formuliert wurden. D. von Neumann, G. Goldstein und A. Berks skizzierten in ihrem gemeinsamen Artikel neue Prinzipien für den Aufbau und Betrieb von Computern. Infolgedessen wurden die ersten beiden Computergenerationen auf der Grundlage dieser Prinzipien hergestellt. Die Hauptpunkte dieser Grundsätze werden im Folgenden erläutert:

• Verwendung des binären Zahlensystems in Computern.
• Computersoftwaresteuerung.
• Das Programm wird mithilfe eines Programmzählers aus dem Speicher abgerufen.
• Der Computerspeicher dient nicht nur zum Speichern von Daten, sondern auch von Programmen.
• Das Prinzip der Adressierung: Computerspeicherelemente haben fortlaufend nummerierte Adressen.
• Möglichkeit eines bedingten Übergangs während der Programmausführung.

Computer, die auf diesen Prinzipien basieren, sind vom Neumann-Typ. Es gibt jedoch Computer, die sich grundlegend von letzteren unterscheiden. Sie folgen beispielsweise möglicherweise nicht dem Prinzip der Programmsteuerung, d. h. sie arbeiten möglicherweise ohne einen „Programmzähler“, der den aktuell ausgeführten Programmbefehl anzeigt. Um auf eine im Speicher gespeicherte Variable zuzugreifen, müssen diese Computer ihr keinen Namen geben. Solche Computer werden Nicht-von-Neumann-Computer genannt.

3.2 Funktionsprinzip der von Neumann-Maschine

von Neumann-Maschine- ein Gerät, das aus einem Speichergerät (Speicher) - Speicher, einem arithmetisch-logischen Gerät - ALU, einem Steuergerät - CU sowie Eingabe- und Ausgabegeräten besteht (Abb. 3.1).

Programme und Daten werden vom Eingabegerät über eine arithmetische Logikeinheit in den Speicher eingegeben. Alle Programmbefehle werden in benachbarte Speicherelemente geschrieben und die zu verarbeitenden Daten können in beliebigen Fächern enthalten sein. In jedem Programm muss der letzte Befehl der Befehl zum Herunterfahren sein.

Abbildung 3.1 – Diagramm der Von-Neumann-Maschine

Der Befehl besteht aus einer Angabe, welche Operation ausgeführt werden muss (aus den möglichen Operationen auf einer bestimmten Hardware) und den Adressen der Speicherelemente, in denen die Daten gespeichert sind, auf denen die angegebene Operation ausgeführt werden muss, sowie aus den Adressen der Zellen, in die das Ergebnis geschrieben werden muss (falls es im Speicher gespeichert werden muss).

Die arithmetisch-logische Einheit führt die durch die Anweisungen angegebenen Operationen an den angegebenen Daten aus.

Von der Recheneinheit werden die Ergebnisse an den Speicher oder ein Ausgabegerät ausgegeben. Der grundlegende Unterschied zwischen einem Speicher und einem Ausgabegerät besteht darin, dass die Daten im Speicher in einer für die Verarbeitung durch einen Computer geeigneten Form gespeichert werden und auf dem Ausgabegerät (Drucker, Monitor usw.) auf diese Weise empfangen werden bequem für eine Person.

Der Controller steuert alle Teile des Computers. Von dem steuernden Gerät erhalten andere Geräte Signale, „was zu tun ist“, und von anderen Geräten erhält die Steuereinheit Informationen über deren Status.

Das steuernde Gerät enthält ein spezielles Register namens „Programmzähler“. Nach dem Laden des Programms und der Daten in den Speicher wird die Adresse der ersten Anweisung des Programms in den Programmzähler geschrieben. Die Steuereinheit liest aus dem Speicher den Inhalt des Speicherelements, dessen Adresse sich im Programmzähler befindet, und legt ihn in einem speziellen Gerät ab – dem „Befehlsregister“. Die Steuereinheit bestimmt die Ausführung des Befehls, „markiert“ im Speicher die Daten, deren Adressen im Befehl angegeben sind, und steuert die Ausführung des Befehls. Der Vorgang wird von der ALU oder der Computerhardware ausgeführt.

3.3 PC-Architektur und -Struktur

Rechnerarchitektur wird als Beschreibung auf einer allgemeinen Ebene bezeichnet, die eine Beschreibung der für den Benutzer vorgesehenen Programmierfunktionen, des Befehlssystems, des Adressierungssystems, der Speicherorganisation usw. umfasst. Die Architektur bestimmt die Funktionsprinzipien, Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten eines Computers: Prozessor, RAM, externer Speicher und Peripheriegeräte. Die gemeinsame Architektur verschiedener Computer gewährleistet deren Kompatibilität aus Benutzersicht.

Computerstruktur ist eine Menge seiner Funktionselemente und Verbindungen zwischen ihnen. Die Elemente können eine Vielzahl von Geräten sein – von den grundlegenden logischen Knoten eines Computers bis hin zu einfachen Schaltkreisen. Der Aufbau eines Computers wird in Form von Blockdiagrammen grafisch dargestellt, mit deren Hilfe Sie den Computer in jedem Detaillierungsgrad beschreiben können.

Die gängigsten architektonischen Lösungen sind die folgenden (Abb. 3.2):

Abbildung 3.2 – Bestehende Arten von Computerarchitekturen

Klassische Architektur(von Neumann-Architektur) – eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), durch die der Datenfluss verläuft, und ein Steuergerät (CU), durch das der Befehlsfluss erfolgt – das Programm. Dies ist ein Einzelprozessor-Computer.

Ein Controller ist ein Gerät, das Peripheriegeräte oder Kommunikationskanäle mit dem Zentralprozessor verbindet und so den Prozessor davon befreit, den Betrieb dieses Geräts direkt zu steuern.

Multiprozessorarchitektur. Das Vorhandensein mehrerer Prozessoren in einem Computer bedeutet, dass viele Datenströme und viele Befehlsströme parallel organisiert werden können. Somit können mehrere Fragmente einer Aufgabe parallel ausgeführt werden. Der Aufbau einer solchen Maschine, die über einen gemeinsamen Arbeitsspeicher und mehrere Prozessoren verfügt, ist in Abb. 3.2 dargestellt.

Mehrmaschinen-Computersystem-Mehrere Prozessoren, die Teil eines Computersystems sind, verfügen nicht über einen gemeinsamen RAM, sondern jeweils über einen eigenen (lokalen). Jeder Computer in einem System mit mehreren Maschinen verfügt über eine klassische Architektur, und ein solches System wird recht häufig verwendet. Der Effekt des Einsatzes eines solchen Computersystems kann jedoch nur bei der Lösung von Problemen erzielt werden, die eine ganz besondere Struktur haben: Es muss in so viele lose zusammenhängende Teilaufgaben unterteilt werden, wie Computer im System vorhanden sind. Der Geschwindigkeitsvorteil von Multiprozessor- und Multimaschinen-Computersystemen gegenüber Einzelprozessorsystemen liegt auf der Hand.

Architektur mit parallelen Prozessoren. Dabei arbeiten mehrere ALUs unter der Steuerung einer Steuereinheit. Das bedeutet, dass von einem Programm – also einem Befehlsstrom – viele Daten verarbeitet werden können. Eine hohe Leistung einer solchen Architektur kann nur bei Aufgaben erreicht werden, bei denen dieselben Rechenoperationen gleichzeitig an verschiedenen Datensätzen desselben Typs ausgeführt werden.

3.4 Computerstruktur

Persönlicher Computer(PC) ist ein relativ kostengünstiger universeller Mikrocomputer, der für einen Benutzer konzipiert ist. Personalcomputer basieren traditionell auf dem Prinzip der offenen Architektur.

Prinzip der offenen Architektur ist wie folgt:

• Lediglich die Beschreibung des Funktionsprinzips des Computers und seine Konfiguration (ein bestimmter Satz Hardware und Verbindungen zwischen ihnen) sind geregelt und standardisiert. So kann ein Computer aus einzelnen Komponenten und Teilen zusammengesetzt werden, die von unabhängigen Herstellern entworfen und hergestellt werden;
• Dank der internen Erweiterungssteckplätze, in die der Benutzer alle Arten von Geräten einstecken kann, die einem bestimmten Standard entsprechen, kann der Computer problemlos erweitert und aufgerüstet werden und so die Konfiguration seines Computers entsprechend seinen persönlichen Vorteilen festlegen.

Ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die wichtigsten Funktionskomponenten eines Computersystems in ihren Beziehungen zeigt, ist in Abbildung 3.3 dargestellt.

Abbildung 3.3 – Allgemeiner Aufbau eines Personalcomputers

Eine Schnittstelle ist ein Mittel zur Koordinierung zweier Geräte, bei dem alle physikalischen und logischen Parameter miteinander übereinstimmen.

Wenn die Schnittstelle allgemein anerkannt ist, beispielsweise auf der Ebene internationaler Abkommen genehmigt ist, wird sie als Standard bezeichnet. Jedes der Funktionselemente (Speicher, Monitor oder anderes Gerät) ist einem Bus eines bestimmten Typs zugeordnet – Adress-, Steuer- oder Datenbus. Um Schnittstellen zu koordinieren, werden Peripheriegeräte nicht direkt, sondern über ihre Controller an den Bus angeschlossen (Adapter) und Ports ungefähr nach diesem Schema (Abb. 3.4):

Abbildung 3.4 – Anschlussplan des Geräts an den Bus

Controller und Adapter sind Sätze elektronischer Schaltkreise, die Computergeräten zum Zweck der Kompatibilität ihrer Schnittstellen zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus steuern Controller auf Anforderung des Mikroprozessors direkt Peripheriegeräte.

Ports sind Standardschnittstellengeräte: serielle, parallele und Game-Ports (oder Schnittstellen). Die serielle Schnittstelle tauscht Daten byteweise mit dem Prozessor und bitweise mit externen Geräten aus. Der Parallelport empfängt und sendet Daten byteweise

Die Architektur eines Personal Computers (PC) umfasst eine Struktur, die die Zusammensetzung des PCs und der Software widerspiegelt.

Die Struktur eines PCs besteht aus einer Reihe seiner Funktionselemente (von grundlegenden logischen Einheiten bis zu den einfachsten Schaltkreisen) und Verbindungen zwischen ihnen.

Die Architektur definiert die Funktionsprinzipien, Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten eines PCs, zu denen der Prozessor, der Arbeitsspeicher, externe Speichergeräte und Peripheriegeräte gehören.

Das Grundprinzip beim Bau aller modernen PCs ist die Softwaresteuerung.

Klassische von Neumann-Architektur

1946 skizzierten die amerikanischen Mathematiker John von Neumann, Herman Goldstein und Arthur Burks in einem gemeinsamen Artikel neue Prinzipien für den Aufbau und Betrieb von Computern. Basierend auf diesen Prinzipien wurden die Computergenerationen $1$ und $2$ hergestellt. In den nachfolgenden Generationen gab es einige Veränderungen, aber die Prinzipien von Neumanns (wie sie genannt wurden) blieben bestehen.

Von Neumanns Grundprinzipien:

1. Die Verwendung des binären Zahlensystems in einem PC, mit dem Geräte arithmetische und logische Operationen viel einfacher ausführen können als im Dezimalsystem.
2. PC-Softwaresteuerung. Der Betrieb eines PCs wird durch ein Programm gesteuert, das aus einer Reihe von Befehlen besteht, die sequentiell nacheinander ausgeführt werden. Die Schaffung einer Maschine mit einem gespeicherten Programm markierte den Beginn der Programmierung.
3. Daten und Programme werden im PC-Speicher abgelegt. Befehle und Daten werden im Binärsystem identisch kodiert.
4. PC-Speicherzellen haben fortlaufend nummerierte Adressen. Die Möglichkeit, über ihre Adresse auf jede Speicherzelle zuzugreifen, ermöglichte die Verwendung von Variablen bei der Programmierung.
5. Möglichkeit eines bedingten Sprungs während der Programmausführung. Befehle auf einem PC werden nacheinander ausgeführt, Sie können jedoch bei Bedarf zu jedem Teil des Codes springen.

Das Hauptprinzip bestand darin, dass das Programm kein fester Bestandteil der Maschine mehr war, sondern veränderbar, im Gegensatz zur Hardware, die unverändert und sehr einfach bleibt.

Von Neumann schlug auch die Struktur von PC vor (Abb. 1).

Abbildung 1. PC-Struktur

Die von Neumann-Maschine umfasste:

• Speichergerät (Speichergerät);
• eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), die alle arithmetischen und logischen Operationen ausführte;
• ein Steuergerät (CU), das die Aktionen aller Maschinenkomponenten gemäß dem Programm koordiniert;
• Eingabe-/Ausgabegeräte.

Programme und Daten wurden vom Eingabegerät über die ALU in den Speicher eingegeben. Alle Programmbefehle wurden nacheinander in Speicherzellen geschrieben und Daten zur Verarbeitung wurden in Zufallszellen geschrieben.

Der Befehl bestand aus der Angabe der auszuführenden Operation und der Adressen der Speicherzellen, in denen die Daten gespeichert sind und auf denen die gewünschte Operation ausgeführt werden muss, sowie der Adresse der Zelle, in die das Ergebnis geschrieben werden muss (z Speicherung im Speicher).

Von der ALU werden die Ergebnisse an den Speicher oder das Ausgabegerät ausgegeben. Grundsätzlich unterscheiden sich diese Geräte dadurch, dass die Daten im Speicher in einer für die Verarbeitung auf einem PC geeigneten Form und auf Ausgabegeräten (Monitor, Drucker usw.) in einer für den Menschen geeigneten Form abgelegt werden.

Signale mit Befehlen werden von der Steuereinheit an andere Geräte gesendet und von anderen Geräten erhält die Steuereinheit Informationen über das Ergebnis ihrer Ausführung.

Die CU enthält ein spezielles Register (Zelle) – einen Programmzähler, in den die Adresse des ersten Befehls des Programms geschrieben wird. Die Steuereinheit liest den Inhalt der entsprechenden Speicherzelle aus dem Speicher und legt ihn in einem speziellen Gerät ab – dem Befehlsregister. Die Steuereinheit bestimmt die Ausführung des Befehls, „markiert“ im Speicher die Daten, deren Adressen im Befehl angegeben sind, und steuert die Ausführung des Befehls. Der Vorgang wird von der ALU oder der Computerhardware ausgeführt.

Nachdem der Befehl ausgeführt wurde, erhöht sich der Programmzähler um $1$ und zeigt auf den nächsten Befehl im Programm. Wenn ein Befehl ausgeführt werden muss, der nicht der aktuellen Reihenfolge folgt, enthält ein spezieller Sprungbefehl die Adresse der Zelle, an die die Steuerung übergeben werden muss.

Architektur moderner PCs

Die Architektur moderner PCs basiert auf dem Backbone-Modular-Prinzip. Ein PC besteht aus separaten Teilen – Modulen, bei denen es sich um relativ unabhängige PC-Geräte handelt (z. B. Prozessor, RAM, Controller, Display, Drucker, Scanner usw.).

Das Baukastenprinzip ermöglicht es dem Anwender, die benötigte PC-Konfiguration selbstständig zusammenzustellen und bei Bedarf zu aktualisieren. Der modulare Aufbau des Systems basiert auf dem Hauptprinzip des Informationsaustauschs. Damit ein PC als einzelner Mechanismus funktionieren kann, ist es notwendig, Daten zwischen verschiedenen Geräten auszutauschen, wofür der Systembus (Backbone-Bus) verantwortlich ist, der in Form einer gedruckten Brücke auf dem Motherboard ausgeführt ist.

Die Hauptmerkmale der PC-Architektur hängen von den Prinzipien des Hardware-Layouts sowie der ausgewählten Systemhardware ab.

Diese Architektur zeichnet sich durch ihre Offenheit aus – die Möglichkeit, zusätzliche Geräte (System und Peripheriegeräte) in einen PC einzubinden, sowie die Möglichkeit, Benutzerprogramme problemlos auf jeder Ebene der PC-Software einzubetten.

Anmerkung 1

Außerdem ist die Verbesserung der PC-Architektur mit einer maximalen Beschleunigung des Informationsaustauschs mit dem Systemspeicher verbunden. Aus dem Systemspeicher, in dem Daten gespeichert sind, liest der PC alle ausführbaren Befehle. Somit führt der Zentralprozessor die meisten Speicheraufrufe durch, und die Beschleunigung des Austauschs mit dem Speicher führt zu einer erheblichen Beschleunigung des Betriebs des gesamten Systems als Ganzes.

Weil Wenn Sie den System-Backbone zum Austausch des Prozessors mit dem Speicher verwenden, müssen Sie die Geschwindigkeitsbeschränkungen des Backbones selbst berücksichtigen, da eine signifikante Beschleunigung des Datenaustauschs über den Backbone nicht möglich ist.

Um dieses Problem zu lösen, wurde der folgende Ansatz vorgeschlagen. Der Systemspeicher ist anstelle des Systembusses mit einem speziellen Hochgeschwindigkeitsbus verbunden, der sich entfernt näher am Prozessor befindet und keine komplexen Puffer und große Entfernungen erfordert. In diesem Fall erfolgt der Austausch mit dem Speicher mit der für den Prozessor maximal möglichen Geschwindigkeit und der Systembus verlangsamt ihn nicht. Diese Lösung ist mit der Erhöhung der Prozessorgeschwindigkeit besonders relevant geworden.

Somit wird die PC-Struktur von einem einzelnen Bus, der nur in den ersten Computern verwendet wurde, zu einer Struktur mit drei Bussen.

Abbildung 2. PC-Struktur mit drei Bussen

Die ALU und Steuereinheit in modernen PCs bilden den Prozessor. Ein Prozessor, der aus einem oder mehreren großen integrierten Schaltkreisen besteht, wird Mikroprozessor oder Mikroprozessorstapel genannt.

Multiprozessor-PC-Architektur

Durch das Vorhandensein mehrerer Prozessoren in einem PC können viele Datenströme und Befehle parallel organisiert werden, d. h. Mehrere Fragmente einer Aufgabe können gleichzeitig ausgeführt werden.

Abbildung 3. Multiprozessor-PC-Architektur

Mehrmaschinen-Computersystem

In einer Multi-Machine-Computing-Systemarchitektur verfügt jeder Prozessor über seinen eigenen RAM. Der Einsatz eines Multi-Machine-Computing-Systems ist effektiv bei der Lösung von Problemen mit einer ganz besonderen Struktur, die aus so vielen PCs bestehen sollte, wie das System in lose zusammenhängende Teilaufgaben unterteilt ist.

Multiprozessor- und Multimaschinen-Rechnersysteme haben gegenüber Einprozessorsystemen einen Leistungsvorteil.

Parallele Prozessorarchitektur

In dieser Architektur arbeiten mehrere ALUs unter der Steuerung einer Steuereinheit. Das bedeutet, dass viele Daten von einem Programm, also von einem Befehlsstrom, verarbeitet werden können. Eine hohe Leistung einer solchen Architektur kann nur bei Aufgaben erreicht werden, bei denen dieselben Rechenoperationen gleichzeitig an verschiedenen Datensätzen desselben Typs ausgeführt werden.

Abbildung 4. Parallele Prozessorarchitektur

Moderne Autos enthalten oft Elemente unterschiedlicher architektonischer Lösungen. Es gibt andere architektonische Lösungen, die sich von den oben diskutierten unterscheiden.

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Computersystemarchitektur: Klassifizierung und Definition

Moderne Computerlösungen lassen sich anhand ihrer Zuordnung zu einer bestimmten Architektur klassifizieren. Aber was könnte es sein? Was sind die wichtigsten Ansätze zum Verständnis dieses Begriffs?

Architektur von Computersystemen als eine Reihe von Hardwarekomponenten

Was ist die Essenz des Konzepts der „Computersystemarchitektur“? Unter dem entsprechenden Begriff kann man zunächst einmal eine Reihe elektronischer Komponenten verstehen, aus denen ein PC besteht und die innerhalb eines bestimmten Algorithmus über verschiedene Arten von Schnittstellen interagieren.

Die Hauptkomponenten, aus denen ein Computersystem besteht:

• Eingabegerät;
• Hauptcomputer-Chipsatz;
• Datenspeichergeräte;
• Komponenten zur Anzeige von Informationen.

Jede der genannten Komponenten kann wiederum eine große Anzahl einzelner Geräte umfassen. Beispielsweise kann der Hauptcomputer-Chipsatz einen Prozessor, einen Motherboard-Chipsatz und eine Grafikverarbeitungseinheit umfassen. Darüber hinaus kann derselbe Prozessor aus anderen Komponenten bestehen: zum Beispiel einem Kern, Cache-Speicher, Registern.

Tatsächlich wird anhand der Struktur bestimmter PC-Hardwarekomponenten bestimmt, welche Art von Computersystemarchitektur aufgebaut ist. Betrachten wir die Hauptkriterien, nach denen bestimmte Computerlösungen klassifiziert werden können.

Klassifizierung von Computersystemen

Gemäß dem unter Fachleuten üblichen Ansatz können Computersysteme in ihrer Architektur Folgendes umfassen:

• zu Großrechnern;
• zu Minicomputern;
• zu Personalcomputern.

Es ist zu beachten, dass diese Klassifizierung von Computerlösungen, nach der die Architektur eines Computersystems bestimmt werden kann, von vielen Experten als veraltet angesehen wird. Insbesondere können dieselben Personalcomputer heute in eine Vielzahl von Varianten unterteilt werden, die sich in Zweck und Eigenschaften stark unterscheiden.

Mit der Weiterentwicklung von Computersystemen kann die Computerarchitektur daher anhand sich ändernder Kriterien klassifiziert werden. Dennoch gilt das angegebene Schema als traditionell. Es wird nützlich sein, es genauer zu betrachten. Demnach handelt es sich bei der ersten Art von Computern um solche, die zur Architektur großer Maschinen gehören.

Großrechner

Große Computer, sogenannte Mainframes, werden am häufigsten in der Industrie eingesetzt – als Datenverarbeitungszentren für verschiedene Produktionsprozesse. Sie können mit leistungsstarken, außergewöhnlich leistungsstarken Chips ausgestattet werden.

Die betrachtete Computersystemarchitektur kann bis zu mehreren zehn Milliarden Berechnungen pro Sekunde durchführen. Große Computer sind ungleich teurer als andere Systeme. Ihre Aufrechterhaltung erfordert in der Regel die Beteiligung einer größeren Zahl von Personen mit der erforderlichen Qualifikation. In vielen Fällen wird ihre Arbeit innerhalb von Abteilungen durchgeführt, die als Unternehmensrechenzentrum organisiert sind.

Minicomputer

Die Architektur von Computersystemen und darauf basierenden Computernetzwerken kann durch als Minicomputer klassifizierte Lösungen dargestellt werden. Im Allgemeinen ähnelt ihr Zweck möglicherweise dem von Großrechnern: Der Einsatz des entsprechenden Computertyps ist in der Industrie weit verbreitet. In der Regel ist ihr Einsatz jedoch typisch für kleinere Unternehmen, mittelständische Unternehmen und wissenschaftliche Organisationen.

Moderne Minicomputer: Fähigkeiten

In vielen Fällen werden diese Computer gerade zu dem Zweck eingesetzt, unternehmensinterne Netzwerke effektiv zu verwalten. Somit können die betrachteten Lösungen insbesondere als Hochleistungsserver eingesetzt werden. Sie sind außerdem mit sehr leistungsstarken Prozessoren ausgestattet, beispielsweise dem Xeon Phi von Intel. Dieser Chip kann mit Geschwindigkeiten von mehr als 1 Teraflops arbeiten. Der entsprechende Prozessor ist für die Fertigung in 22-nm-Prozesstechnologie ausgelegt und verfügt über eine Speicherbandbreite von 240 GB/s5.

Persönliche Computer

Die nächste Art von Computerarchitektur ist der PC. Es ist wahrscheinlich das häufigste. PCs sind nicht so leistungsfähig und leistungsstark wie Großrechner und Mikrocomputer, aber in vielen Fällen sind sie in der Lage, sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft Probleme zu lösen, ganz zu schweigen von typischen Benutzeraufgaben wie dem Ausführen von Anwendungen und Spielen.

Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal von Personalcomputern ist die Möglichkeit, ihre Ressourcen zu bündeln. Die Rechenleistung einer ausreichend großen Anzahl von PCs kann somit mit der Leistung höherklassiger Computerarchitekturen vergleichbar sein, allerdings ist es natürlich sehr problematisch, deren Niveau nominell mit einem PC zu erreichen.

Dennoch zeichnet sich die Architektur von Computersystemen und Netzwerken auf Basis von Personalcomputern durch Universalität im Hinblick auf die Implementierung in verschiedenen Branchen, Zugänglichkeit und Skalierbarkeit aus.

Personalcomputer: Klassifizierung

Wie oben erwähnt, können PCs in eine Vielzahl von Varianten eingeteilt werden. Dazu gehören: Desktops, Laptops, Tablets, PDAs, Smartphones – eine Kombination aus PCs und Telefonen.

Desktops verfügen in der Regel über die leistungsstärksten und produktivsten Architekturen; Am wenigsten leistungsstark sind Smartphones und Tablets aufgrund ihrer geringen Größe und der Notwendigkeit, die Ressourcen der Hardwarekomponenten deutlich zu reduzieren. Doch viele der entsprechenden Geräte, insbesondere Top-End-Modelle, sind grundsätzlich in der Geschwindigkeit mit führenden Laptop-Modellen und Budget-Desktops vergleichbar.

Die angegebene Klassifizierung von PCs weist auf ihre Vielseitigkeit hin: In der einen oder anderen Variante können sie typische Benutzeraufgaben in Industrie, Wissenschaft und Labor lösen. Software und die Architektur von Computersystemen des entsprechenden Typs sind in vielen Fällen für die Nutzung durch einen normalen Bürger angepasst, der nicht über die spezielle Ausbildung verfügt, die möglicherweise für eine Person erforderlich ist, die mit einem Großrechner oder Minicomputer arbeitet.

Wie ordne ich einem PC eine Computerlösung zu?

Das Hauptkriterium für die Einstufung einer Computerlösung als PC ist die Tatsache ihrer persönlichen Ausrichtung. Das heißt, der entsprechende Computertyp ist in erster Linie für die Verwendung durch einen Benutzer konzipiert. Allerdings sind viele der Infrastrukturressourcen, auf die er zugreift, unbestreitbar sozialer Natur: Dies lässt sich am Beispiel der Internetnutzung erkennen. Da die Computerlösung personenbezogen ist, kann die praktische Wirksamkeit ihrer Nutzung nur erfasst werden, wenn eine Person Zugang zu Datenquellen erhält, die von anderen Personen generiert wurden.

Klassifizierung von Software für Computerarchitekturen: Großrechner und Minicomputer

Neben der oben diskutierten Klassifizierung von Computern gibt es auch Kriterien für die Zuordnung von Programmen zu bestimmten Kategorien, die auf den entsprechenden Arten von Computergeräten installiert sind. Was Großrechner und Minicomputer mit ähnlichem Zweck und in einigen Fällen auch in der Leistung betrifft, so verfügen sie in der Regel über die Fähigkeit, mehrere Betriebssysteme zu verwenden, die an die Lösung spezifischer Produktionsprobleme angepasst sind. Insbesondere können diese Betriebssysteme für die Ausführung verschiedener Automatisierungstools, Virtualisierung, Implementierung von Industriestandards und Integration mit verschiedenen Arten von Anwendungssoftware angepasst werden.

Softwareklassifizierung: Personalcomputer

Programme für gewöhnliche PCs können in Varianten präsentiert werden, die wiederum für die Lösung von Benutzeraufgaben optimiert sind, sowie in solchen für die Produktion, die nicht das Leistungsniveau erfordern, das für Großrechner und Minicomputer charakteristisch ist. So gibt es Industrie-, Wissenschafts- und Laborprogramme für PCs. Software, die Architektur von Computersystemen des entsprechenden Typs hängt von der spezifischen Branche ab, in der sie eingesetzt werden, vom erwarteten Qualifikationsniveau des Benutzers: Es ist offensichtlich, dass professionelle Lösungen für Industriedesign möglicherweise nicht für eine Person konzipiert sind, die dies getan hat lediglich Grundkenntnisse im Umgang mit Computerprogrammen.

PC-Programme der einen oder anderen Art verfügen in vielen Fällen über eine intuitive Benutzeroberfläche und verschiedene Hilfedokumentationen. Die Leistungsfähigkeit von Großrechnern und Minicomputern kann wiederum voll ausgenutzt werden, sofern nicht nur die Anweisungen befolgt werden, sondern der Benutzer auch regelmäßig Änderungen an der Struktur der gestarteten Programme vornimmt: Dies erfordert möglicherweise zusätzliche Kenntnisse, beispielsweise in Bezug auf der Einsatz von Programmiersprachen.

Ebenen der PC-Softwarearchitektur

Der Begriff „Computersystemarchitektur“ kann in einem Informatiklehrbuch je nach Sichtweise seines Autors unterschiedlich interpretiert werden. Eine andere gängige Interpretation des Begriffs ist, dass er sich auf Softwareschichten bezieht. Dabei spielt es keine Rolle, in welchem ​​konkreten Computersystem die entsprechenden Softwarestufen implementiert sind.

In Übereinstimmung mit diesem Ansatz sollte Computerarchitektur als eine Reihe verschiedener Arten von Daten, Operationen und Softwareeigenschaften verstanden werden, die dazu dienen, die Funktionsfähigkeit der Hardwarekomponenten des Computers aufrechtzuerhalten und Bedingungen zu schaffen, unter denen der Benutzer diese Ressourcen nutzen kann in der Praxis.

Software-Layer-Architekturen

Experten identifizieren die folgenden Hauptarchitekturen von Computersystemen im Kontext des betrachteten Ansatzes zum Verständnis des entsprechenden Begriffs:

• digitale logische Architektur einer Computerlösung – eigentlich PC-Hardware in Form verschiedener Module, Zellen, Register – beispielsweise in der Prozessorstruktur angeordnet;
• Mikroarchitektur auf der Ebene der Interpretation verschiedener Mikroprogramme;
• Architektur zur Übertragung spezieller Befehle – auf Assembler-Ebene;
• Architektur zur Interpretation der entsprechenden Befehle und deren Umsetzung in für das Betriebssystem verständlichen Programmcode;
• Kompilierungsarchitektur, die es Ihnen ermöglicht, Änderungen an den Programmcodes bestimmter Softwaretypen vorzunehmen;
• Architektur von Hochsprachen, die es ermöglichen, Programmcodes anzupassen, um spezifische Benutzerprobleme zu lösen.

Bedeutung der Klassifizierung der Softwarearchitektur

Natürlich kann diese Klassifizierung im Zusammenhang mit der Betrachtung dieses Begriffs als Entsprechung zu Softwareebenen sehr bedingt sein. Die Computerarchitektur und das Design von Computersystemen erfordern je nach Herstellbarkeit und Zweck möglicherweise unterschiedliche Ansätze von Entwicklern bei der Klassifizierung von Softwareebenen sowie beim Verständnis des Wesens des betreffenden Begriffs.

Obwohl es sich bei diesen Konzepten um theoretischen Charakter handelt, ist ihr angemessenes Verständnis von großer Bedeutung, da es zur Entwicklung effektiverer konzeptioneller Ansätze für den Aufbau bestimmter Arten von Computerinfrastruktur beiträgt und es Entwicklern ermöglicht, ihre Lösungen an die Bedürfnisse von Benutzern anzupassen, die bestimmte Probleme lösen .

Zusammenfassung

Daher haben wir das Wesentliche des Begriffs „Computersystemarchitektur“ definiert und wie er je nach Kontext betrachtet werden kann. Gemäß einer der traditionellen Definitionen kann unter der entsprechenden Architektur die Hardwarestruktur eines PCs verstanden werden, die dessen Leistungsniveau, Spezialisierung und Anforderungen an die Benutzerqualifikationen vorgibt. Dieser Ansatz beinhaltet die Einteilung moderner Computerarchitekturen in drei Hauptkategorien – Großrechner, Minicomputer und PCs (die wiederum auch durch verschiedene Arten von Computerlösungen repräsentiert werden können).

In der Regel ist jede Art dieser Architekturen auf die Lösung spezifischer Probleme ausgelegt. In der Industrie werden am häufigsten Großrechner und Minicomputer eingesetzt. Mit einem PC können Sie außerdem vielfältige Produktionsprobleme lösen und ingenieurwissenschaftliche Entwicklungen durchführen – auch die entsprechende Architektur von Computersystemen ist hierfür angepasst. Laborarbeiten und wissenschaftliche Experimente werden mit dieser Technologie übersichtlicher und effektiver.

Eine andere Interpretation des betreffenden Begriffs beinhaltet seine Korrelation mit bestimmten Softwarestufen. In diesem Sinne ist die Architektur von Computersystemen ein Arbeitsprogramm, das die Funktionsfähigkeit eines PCs sicherstellt und Bedingungen für den praktischen Einsatz seiner Rechenleistung zur Lösung bestimmter Benutzerprobleme schafft.

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Was ist PC-Architektur?

Die Architektur eines modernen PCs repräsentiert die logische Organisation, Struktur und Ressourcen, also die Mechanismen des Computersystems. Letztere können einem bestimmten Zeitintervall für den Informationsverarbeitungsprozess zugeordnet werden.

Regeln für den Aufbau eines Personalcomputers

Grundlage einer modernen Rechenmaschine sind die von John Neumann formulierten Prinzipien der PC-Architektur:

1. Softwaresteuerung. Besteht aus einer Gruppe von Befehlen, die der Prozessor automatisch ausführt (nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge).

2. Gedächtnishomogenität. Programme und andere Daten werden in einem Speicherabschnitt gespeichert. Die gleichen Aktionen werden sowohl für Daten als auch für Befehle ausgeführt.

3. Targeting. Der Hauptspeicher besteht aus nummerierten Sektoren (Zellen).

Einen Personal Computer bauen

Die klassische PC-Architektur basiert auf den oben genannten Prinzipien. Es bestimmt die Betriebsbedingungen, Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten eines Personalcomputers. Dazu gehören externer und Hauptspeicher, Zentraleinheit und Peripheriegeräte.

Ein Personalcomputer ist strukturell als Hauptsystemeinheit konzipiert. Peripheriegeräte werden über spezielle Anschlüsse daran angeschlossen. Die PC-Architektur enthält folgende Hauptkomponenten: Motherboard, Netzteil, hartmagnetische und optische Laufwerke, Schnittstellen für zusätzliche und externe Geräte. Die Hauptplatine (Systemplatine) wiederum enthält einen Mikroprozessor, einen Taktgenerator, einen mathematischen Coprozessor und Speicherchips. Sowie ein Timer, Peripherie-Controller, Video- und Soundkarten.

Die PC-Architektur basiert auf dem Modular-Backbone-Prinzip. Diese Regel ermöglicht es dem Benutzer, die erforderliche Konfiguration eines Personalcomputers selbstständig durchzuführen und ihn (falls erforderlich) auch zu aktualisieren. Der Komfort der modularen Organisation des Systems liegt im Grundprinzip des Datenaustauschs. Die Controller aller Geräte interagieren mit dem RAM und dem Mikroprozessor über die Hauptinformationsübertragungsleitung, die als „Systembus“ bezeichnet wird. Es wird in Form einer gedruckten Brücke auf dem Motherboard hergestellt. Der Systembus ist die Hauptschnittstelle des Computers und die gesamte PC-Architektur ist um ihn herum aufgebaut. Dieses Element gewährleistet die Kommunikation und Kopplung aller Geräte untereinander. Der Systembus erzeugt drei Richtungen der Datenübertragung:

Zwischen Hauptspeicher und Mikroprozessor;

Zwischen den Eingabe- und Ausgabeanschlüssen externer Geräte und dem Prozessor;

Zwischen Ports und Hauptspeicher.

Externe Geräte eines Personalcomputers sorgen für die Kommunikation zwischen diesem und der Umgebung: Steuerobjekten, Benutzern und anderen Computern.

Hauptfunktionsmerkmale des PCs:

1. Geschwindigkeit, Leistung, Taktfrequenz.

2. Breite der Codebusse von Schnittstellen und Mikroprozessor.

3. Arten von lokalen und Systemcontrollern.

4. RAM-Größe.

5. Festplattenkapazität.

6. Verfügbarkeit, Größe und Arten des Cache-Speichers.

7. Typ des Videoadapters.

8. Art des Multimedia-Audios.

9. Software.

10. Hardwarekompatibilität mit anderen Personalcomputern.

11. Die Möglichkeit, die Maschine in einem Computernetzwerk sowie im Multitasking-Modus zu betreiben.