パーソナルコンピューターのアーキテクチャ。主要コンポーネントの目的。コンピュータの機能的特性。オープンコンピュータアーキテクチャの原則と最新の開発トレンドコンピュータアーキテクチャと論理デバイス

導入………………………………………………………。 3

1. 理論部分……………………………………………….. 4

1.1. 最新の PC のアーキテクチャに関する基本概念…………4

1.2. 建築要素の分類

最新の PC………………………………………………………….. 5

1.3. 建築要素の詳細な特徴

最新の PC………………………………………………………….. 6

2. 実践編………………………………………………。 14

2.1. タスクの一般的な特徴……………………………….. 14

2.2. 問題を解決するためのアルゴリズムの説明………………………….. 16

結論………………………………………………………………24

中古文献リスト………………………….. 25

導入

パーソナルコンピュータの出現は、情報技術の発展において革命的な進歩です。オフィス、商社、工場、家庭などにパソコンが定着しました。今日、コンピューターは私たちのビジネスのアシスタントであり、World Wide Web (インターネット) からの最新ニュースのソースであり、電子メールを使用して情報を迅速に送受信できるモバイル通信手段でもあります。

ユーザーは PC アーキテクチャを知る必要があります。なぜなら... コンピューター内で発生するプロセス、つまり作業に必要な基本的なデバイスに関する知識がなければ、ユーザーは特定のタスクを実行する必要性を認識できません。

このコースワークの理論的な部分では、現代の PC のアーキテクチャを検討し、その要素を詳細に研究します。クロックジェネレータ。システムバス。メインメモリ。外部メモリ。電源; タイマー; 外部デバイス。情報入出力装置。マルチメディアツール。マシン内インターフェース。

このコースの実践的な部分では、燃料と潤滑油の購入のためのコストシートを作成するタスクを解決します。この問題は Microsoft Office Excel を使用して解決されました。

コースの作業を完了するために、次のハードウェアとソフトウェアが使用されました: Intel (R) Pentium (R) 4 CPU、Microsoft Windows XP Professional オペレーティングシステム、プログラム - Microsoft Office Word 2007、Microsoft Office Excel 2007。

理論部分

最新の PC アーキテクチャに関する基本概念

コンピュータは、情報を保存、処理、送信するための多機能電子デバイスです。コンピュータアーキテクチャは、ハードウェアとソフトウェア、およびそれらの特性を整理するための一連の一般原則として理解され、さまざまな問題を解決する際のコンピュータの機能を決定します。 8、22ページ

ほとんどのコンピューターの構造は、1945 年にジョンフォンノイマンによって策定された原則に基づいています。

プログラム制御の原理 (プログラムは、プロセッサによって一定の順序で次々に自動的に実行される一連のコマンドで構成されます)。

メモリ均一性の原理 (プログラムとデータは同じメモリに保存され、コマンドはデータと同じ方法で処理できます)。

アドレス指定の原理 (メインメモリは構造的に番号が付けられたセルで構成されています)。

これらの原理に基づいて構築されたコンピュータは、古典的なアーキテクチャ (フォンノイマンアーキテクチャ) を採用しています。フォン・ノイマンは、コンピューターの論理構造の基本原理を提唱しただけでなく、コンピューターの最初の 2 世代の間に再現されたその構造も提案しました。 PC のアーキテクチャは、動作原理、情報接続、およびコンピュータの主要な論理ノード (中央プロセッサ、メインメモリ、外部メモリ、周辺デバイス) の相互接続を決定します。フォンノイマンアーキテクチャの特徴は、メモリがプログラムとデータの両方を格納するように設計された単一のアドレス空間であることです。 4、p.466

現代のコンピューターでは、フォンノイマンアーキテクチャがコアの形で保存され、その周りに新しいブロックが成長します。

最新の PC アーキテクチャ要素の分類

コンピュータのアーキテクチャは、ユーザーにとって重要なその特性の全体によって決まります。機械の構造と機能は、基本的なものと追加的なものに分けられます。基本機能は、情報の処理と保存、外部オブジェクトとの情報交換など、コンピュータの目的を決定します。追加機能は、基本機能の実行効率を高めます。効果的な動作モード、ユーザーとの対話、高い信頼性などが提供されます。コンピュータの機能は、そのコンポーネントであるハードウェアとソフトウェアを使用して実装されます。

最新の PC には以下が含まれます: マイクロプロセッサ (MP); クロックジェネレータ。システムバス。メインメモリ (RAM); 外部メモリ。電源; タイマー; 外部デバイス (ED) (外部記憶装置 (ESD) または外部 PC メモリ、ユーザーダイアログツール、情報入出力デバイス、マルチメディアツール、マシン内インターフェイス、拡張バス、ローカルバス)。

米。 1。パソコンのブロック図5、P.130

建築要素の詳細な特徴

現代の PC

構造的には、PC は中央システムユニットの形で作られており、追加のメモリデバイス、キーボード、ディスプレイ、プリンタなどの外部デバイスがコネクタを介して接続されます。

システムユニット通常、システムボード、電源、ディスクドライブ、アクセサリコネクタ、および 拡張ボードコントローラー付き - 外部デバイスのアダプター。

の上 システムボード(マザーボード)、通常は次の場所にあります: マイクロプロセッサ。数学的コプロセッサ。クロックジェネレータ。 RAM および ROM ブロック (チップ)。キーボードアダプター、HDD、HDD。割り込みコントローラ。タイマーなど

マイクロプロセッサ (MP) は PC の中心ユニットであり、すべてのマシンブロックの動作を制御し、情報に対して算術演算および論理演算を実行するように設計されています。

マイクロプロセッサには次のものが含まれます。

制御装置 (CU) - 実行されている操作の詳細と以前の操作の結果によって決定される特定の制御信号を生成し、適切なタイミングで機械のすべてのユニットに供給します。実行中の演算によって使用されるメモリセルのアドレスを生成し、これらのアドレスを対応するコンピュータブロックに送信する。制御装置は、クロックパルス発生器からパルスの基準シーケンスを受信する。

算術論理演算装置 (ALU) - 数値および記号情報に対してすべての算術演算および論理演算を実行するように設計されています。

マイクロプロセッサメモリ (MPM) - メインメモリ (RAM) は、必要な情報の書き込み、検索、読み取りの速度を常に提供するとは限らないため、マシン動作の次のサイクルでの計算に直接使用される情報の短期間の記録と出力に役立ちます。高速マイクロプロセッサの効率的な動作。

マイクロプロセッサインターフェイスシステム - 他の PC デバイスとのペアリングと通信を実装します。内部 MP インターフェイス、バッファストレージレジスタ、入出力ポート (I/O) およびシステムバスの制御回路が含まれています。インターフェイスは、コンピュータデバイスをペアリングして通信し、効果的な相互作用を保証するための一連の手段です。入力/出力ポート (I/O - 入力/出力ポート) - 別の PC デバイスをマイクロプロセッサに接続できるようにするインターフェイス装置。

クロックジェネレーター

一連の電気インパルスを生成します。生成されるパルスの周波数がマシンのクロック周波数を決定します。隣接するパルス間の時間間隔によって、機械動作の 1 サイクルの時間、または単に機械動作のサイクルが決まります。

クロックパルスジェネレーターの周波数はパーソナルコンピューターの主な特性の 1 つであり、その動作速度を大きく決定します。マシンの各操作は、特定のサイクル数で実行されます。

システムバス。これはコンピュータの主要なインターフェイスシステムであり、すべてのデバイスの相互のペアリングと通信を保証します。

システムバスには次のものが含まれます。

コードデータバス(KSD)、数値コードのすべてのビットを並列送信するためのワイヤとインターフェイス回路が含まれています。

アドレスコードバス(KSA) メインメモリセルのアドレスコードの全ビットまたは外部デバイスの入出力ポートを並列送信するためのワイヤおよびインターフェース回路を含む。

命令コードバス(KShI)、機械のすべてのブロックに命令 (制御信号、パルス) を送信するためのワイヤとインターフェイス回路が含まれています。

パワーバス、 PCユニットを電源システムに接続するためのワイヤとインターフェース回路を備えています。

システムバスは、次の 3 方向の情報転送を提供します。

マイクロプロセッサとメインメモリの間。

マイクロプロセッサと外部デバイスの入出力ポートの間。

メインメモリと外部デバイスの I/O ポート間 (ダイレクトメモリアクセスモード)。

すべてのブロック、またはその I/O ポートは、対応する統合コネクタ (ジョイント) を介して、直接または経由で同じ方法でバスに接続されます。詐欺トローラー（アダプター）。システムバスは、マイクロプロセッサによって直接制御されるか、多くの場合、追加のチップを通じて制御されます。 バスコントローラー、メイン制御信号を生成します。外部デバイスとシステムバス間の情報交換は、ASCII コードを使用して実行されます。

メインメモリ（RAM）。これは、情報を保存し、マシンの他のユニットと迅速に情報を交換できるように設計されています。 OP には、読み取り専用メモリ (ROM) とランダムアクセスメモリ (RAM) の 2 種類のストレージデバイスが含まれています。

ロム変更不可能な (永続的な) プログラムおよび参照情報を保存するのに役立ち、そこに保存されている情報のみをすばやく読み取ることができます (ROM 内の情報は変更できません)。

ラム現在の PC によって実行される情報およびコンピューティングプロセスに直接関係する情報 (プログラムとデータ) をオンラインで記録、保存、読み取りするために設計されています。 RAM の主な利点は、その高性能と各メモリセルに個別にアクセスできること (セルへの直接アドレスアクセス) です。 RAM の欠点として、マシンの電源をオフにした後は情報を保存できない (揮発性依存性) ことに注意してください。

外部メモリ。これは PC の外部デバイスを指し、問題を解決するために必要になる可能性のある情報を長期保存するために使用されます。特に、すべてのコンピュータソフトウェアは外部メモリに保存されます。外部メモリにはさまざまなタイプの記憶装置が含まれていますが、ほぼすべてのコンピュータで利用できる最も一般的なものは、ハードディスクドライブ (HDD) とフロッピーディスクドライブ (FLMD) です。

これらのドライブの目的は、大量の情報を保存し、要求に応じて保存された情報をランダムアクセスメモリデバイスに記録および解放することです。ハードディスクドライブとフラットディスクドライブの違いは、設計、保存される情報の量、情報の検索、記録、読み取りにかかる時間だけです。

カセット磁気テープ（ストリーマ）、光ディスクドライブ（CD-ROM - Compact Disk Read Only Memory - 読み取り専用メモリを備えた CD）などの記憶装置も外部記憶装置として使用されます。

電源。これは、PC 用の自律電源システムおよびネットワーク電源システムを含むブロックです。

タイマー。これは、必要に応じて現在の瞬間 (年、月、時、分、秒、および秒の端数) を自動的に記録する機械内の電子時計です。タイマーは自律電源 (バッテリー) に接続されており、マシンがネットワークから切断されても動作し続けます。

外部機器（ED）。これは、あらゆるコンピューティング複合体の最も重要なコンポーネントです。コストの観点から言えば、VA が PC 全体の 50 ～ 80% を占めることもあります。制御システムおよび国民経済全体における PC の使用の可能性と有効性は、コンピュータの構成と特性に大きく依存します。

PC コンピュータは、マシンと環境 (ユーザー、制御オブジェクト、および他のコンピュータ) との相互作用を保証します。 VE は非常に多様であり、多くの特徴に従って分類できます。したがって、目的に応じて、次のタイプのデバイスを区別できます。

外部記憶装置 (ESD) または外部 PC メモリ。

ユーザーダイアログツール。

情報入力装置。

情報出力装置。

通信および電気通信の手段。

対話ツールユーザーデバイスには、ビデオモニター (ディスプレイ)、まれにリモコンタイプライター (キーボード付きプリンター)、および音声入出力デバイスが含まれます。

ビデオモニター（ディスプレイ）- PCから入出力される情報を表示する装置。

音声入出力デバイス急成長しているメディアに属します。音声入力デバイスは、たとえば、人が話した文字や単語を認識し、識別し、エンコードできる複雑なソフトウェアを備えたさまざまなマイク音響システム、「サウンドマウス」です。

音声出力デバイスは、デジタルコードを文字や単語に変換するさまざまなサウンドシンセサイザーで、スピーカー (スピーカー) またはコンピューターに接続されたスピーカーを通じて再生されます。 5、130-133ページ

情報入力機器へ関係する：

キーボード- 数値、テキスト、および制御情報を PC に手動で入力するためのデバイス。

グラフィックタブレット (デジタイザー)- タブレット上で特別なポインタ (ペン) を動かすことにより、グラフィック情報と画像を手動で入力します。

スキャナー(読み取り機) - 紙媒体から自動的に読み取り、タイプライターで書かれたテキスト、グラフ、写真、図面を PC に入力します。スキャナ符号化装置では、テキストモードでは、読み取った文字を特殊プログラムにより基準輪郭と比較した後、ASCIIコードに変換し、グラフィックモードでは、読み取ったグラフや図面を二次元座標列に変換する。

マニピュレーター(ポインティングデバイス): ジョイスティック- レバーアーム、 マウス、トラックボール- フレーム内のボール、 ライトペンなど - 画面上のカーソルの動きを制御し、その後カーソル座標をエンコードして PC に入力することにより、表示画面上にグラフィック情報を入力します。

タッチスクリーン- 個々の画像要素、プログラム、またはコマンドを分割画面ディスプレイから PC に入力するため。

デジタルカメラ– 写真画像を受信、保存し、コンピュータに送信するためのデバイス。 1、27 ページ

情報出力機器へ関係する：

プリンター- 紙に情報を記録するための印刷装置。プリンターは印刷方式により、マトリックス方式、インクジェット方式、レーザー方式の 3 種類に大別されます。

プロッター (プロッター)- PC からのグラフィック情報 (グラフ、図面、図面) を紙に出力します。

デバイス 通信と電気通信デバイスおよび他のオートメーション機器 (インターフェイスアダプター、アダプター、デジタル/アナログおよびアナログ/デジタルコンバーターなど) との通信、および PC を通信チャネル、他のコンピューターおよびコンピューターネットワーク (ネットワークインターフェイスカード、送信マルチプレクサデータ、モデム）。

特に、図に示されています。 1 ネットワークアダプター PC の外部インターフェイスであり、他のコンピュータと情報を交換するための通信チャネルに PC を接続し、コンピュータネットワークの一部として機能します。グローバルネットワークでは、ネットワークアダプタの機能は変復調器によって実行されます。

マルチメディア(マルチメディア - マルチメディア) は複雑です
人との通信を可能にするハードウェアとソフトウェア
コンピューター、さまざまな自然環境を利用したサウンド、
ビデオ、グラフィック、テキスト、アニメーションなど。

マルチメディアデバイスで最初に最も使用されるコンポーネントの 1 つは、サウンドカードとその動作に必要な音響システムであり、サウンドの処理と再生を可能にします。

マルチメディア音響システムには主に、音を増幅して送信する音楽スピーカーが含まれます。それらはアクティブになることができます。ステレオアンプとパッシブ、つまり使用しないでください。

メインではないにしても、かなりのスペースが CD-ROM ドライブによって占有されており、大量のデータやプログラムを扱うことができます。

CD-ROM を操作するには、CD-ROM を接続して制御するコントローラーが必要です。原則として、コントローラーはコンパクトに配置できるようサウンドカード上に配置されます。

システムバスとPC MPへ 典型的な外部デバイスには、数学的コプロセッサ、ダイレクトメモリアクセスコントローラ、入出力コプロセッサ、割り込みコントローラなど、マイクロプロセッサの機能を拡張および改善する集積回路を備えたボードが含まれます。

機内システムインターフェースの特徴

機内システムインターフェース- PC ノードとブロック相互の通信およびインターフェースのシステム - は、電気通信線 (ワイヤー)、コンピューターコンポーネントとのインターフェース回路、信号を送信および変換するためのプロトコル (アルゴリズム) のセットです。

マシン内インターフェイスを構成するには 2 つのオプションがあります。

マルチリンクインターフェース:各 PC ブロックはローカルワイヤによって他のブロックに接続されます。マルチコネクトインターフェイスは、原則として、最も単純な家庭用 PC でのみ使用されます。

シングルリンクインターフェイス:すべての PC ブロックは共通バスまたはシステムバスを介して相互に接続されています。

システムバスの最も重要な機能特性は次のとおりです。サービスを提供するデバイスの数とそのスループット、つまり情報転送の可能な最大速度。バスの定員はその定員によって異なります（バスはあります） 8、16、32、64 ビット) とクロック速度、 どのタイヤ動作します。

以下は、さまざまな PC でシステムバスとして使用されており、使用可能です。

拡張バス- 汎用バス。多数の異なるデバイスを接続できます。

ローカルバス、特定のクラスの少数のデバイスのサービスに特化しています。 5、133～136ページ

結論

このコースの理論的な部分では、最新の PC のアーキテクチャが一貫して検証され、その次の要素が説明されます。

マイクロプロセッサ;

クロックジェネレータ。

システムバス。

メインメモリ。

外部メモリ。

電源;

タイマー; 外部デバイス。

情報入出力装置。

マルチメディアツール。

マシン内インターフェース。

コースワークの実践的な部分では、燃料と潤滑油を購入するためのコストシートを作成するという問題の解決策を提供します。この問題を解決するために、購入した燃料の価格と量に関する初期データが使用されました。これらのデータに従って、テーブルが作成され、関数ウィザードを使用して燃料の種類ごとに 1 リットルの燃料の平均価格が計算されました。当四半期の燃料および潤滑油の購入費用の要約明細書が作成および記入され、各月および燃料の種類ごとの 1 リットルの燃料の平均価格を計算した結果に基づいてグラフが作成されました。

参考文献

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最新のコンピューターモデルはさまざまなブランドによって市場に提供されているという事実にもかかわらず、それらは少数のアーキテクチャ内に集められています。これは何と関係があるのでしょうか？最新の PC の具体的なアーキテクチャは何ですか? それを構成するソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントは何ですか?

アーキテクチャの定義

PCアーキテクチャとは何ですか? このかなり広範な用語は、通常、コンピュータシステムを組み立てるための一連の論理原則、およびコンピュータシステムに導入された技術ソリューションの独特の機能として理解されています。 PC アーキテクチャは標準化のツールになり得ます。つまり、確立されたスキームと技術的アプローチに従って、その内部のコンピューターを組み立てることができます。特定の概念を 1 つのアーキテクチャに結合すると、市場での PC モデルの宣伝が容易になり、さまざまなブランドが開発した、そのモデルに適していることが保証されたプログラムを作成できるようになります。統一された PC アーキテクチャにより、コンピュータハードウェアメーカーは積極的に協力して特定の PC 技術コンポーネントを改善することもできます。

問題の用語は、特定のブランドのレベルで採用される、コンピューターまたはその個々のコンポーネントを組み立てる一連のアプローチとして理解できます。この意味で、メーカーによって開発されたアーキテクチャはメーカーの知的財産であり、メーカーによってのみ使用され、市場で競争力のあるツールとして機能します。しかし、それでも、さまざまなブランドのソリューションが、さまざまなモデルのコンピュータを特徴付ける主要な基準を組み合わせた共通の概念に基づいて分類される場合があります。

「PC アーキテクチャ」という用語は、知識の分野としてのコンピューターサイエンスによって異なる理解が可能です。最初の解釈オプションには、問題の概念を標準化基準として解釈することが含まれます。別の解釈によると、建築はむしろ、ある製造ブランドが他の製造ブランドと競争できるようにするカテゴリーです。

最も興味深いのは、PC の歴史とアーキテクチャがどのように関係しているかということです。特に、これはコンピュータを設計するための古典的な論理スキームの出現です。その特徴を考えてみましょう。

古典的なコンピュータのアーキテクチャ

特定の論理スキームに従って PC を設計するための重要な原則は、優れた数学者であるジョンフォンノイマンによって提案されました。彼のアイデアは、最初の 2 世代に遡って PC メーカーによって実装されました。 John von Neumann によって開発されたコンセプトは、古典的な PC アーキテクチャです。その特徴は何ですか? コンピューターは次の主要コンポーネントで構成されることが想定されています。

算術および論理ブロック。

制御装置。

外部メモリブロック。

RAMブロック。

情報の入力と出力のために設計されたデバイス。

このスキームの枠組み内では、技術コンポーネントの相互作用は特定の順序で実装される必要があります。したがって、まず、コンピュータプログラムからのデータが PC メモリに入り、外部デバイスを使用してデータを入力できます。次に、制御デバイスはコンピュータのメモリから情報を読み取り、実行のために送信します。このプロセスには、必要に応じて他の PC コンポーネントが関与します。

現代のコンピューターのアーキテクチャ

最新の PC のアーキテクチャの主な特徴を見てみましょう。これは、上で検討した概念とは多少異なりますが、多くの点でそれを継続しています。最新世代の PC の主な特徴は、算術論理ユニットに加えて、制御デバイスが単一の技術コンポーネントであるプロセッサに統合されていることです。これは主に超小型回路の出現とそのさらなる改良のおかげで可能となり、比較的小さなコンピュータ部品に広範囲の機能を組み込むことが可能になりました。

最新の PC のアーキテクチャは、コントローラーの存在によっても特徴付けられます。これらは、プロセッサが外部デバイスとデータを交換する機能を実行するという概念の改訂の結果として登場しました。新しい集積回路の機能のおかげで、PC メーカーは、対応する機能コンポーネントをプロセッサから分離することを決定しました。このようにして、さまざまな交換チャネルや周辺マイクロ回路が登場し、コントローラーと呼ばれるようになりました。たとえば、最新の PC 上の対応するハードウェアコンポーネントは、ディスクの動作を制御できます。

最新の PC の設計とアーキテクチャでは、バスの使用が必要です。その主な目的は、コンピュータのさまざまなハードウェア要素間の通信を確保することです。その構造は、特定の機能を担当する特殊なモジュールの存在を暗示している可能性があります。

IBMのアーキテクチャ

IBM は、実際に世界標準の 1 つとなった PC アーキテクチャを開発しました。特徴はその開放感です。つまり、その中に含まれるコンピューターはブランドの完成品ではなくなります。 IBM は市場独占者ではありませんが、適切なアーキテクチャの開発という点では先駆者の 1 つです。

IBM プラットフォーム上で PC を組み立てるユーザーまたは企業は、コンピューター構造にどのコンポーネントを含めるかを独自に決定できます。 1 つまたは別の電子コンポーネントをより高度な電子コンポーネントと交換することも可能です。コンピュータ技術の急速な発展により、オープン PC アーキテクチャの原理を実装することが可能になりました。

IBMアーキテクチャコンピュータ用ソフトウェアの特長

PC を IBM プラットフォームとして分類するための重要な基準は、さまざまなオペレーティングシステムとの互換性です。そしてこれは、検討中のアーキテクチャのタイプがオープンであることも示しています。 IBM プラットフォームに属するコンピュータは、Windows、多くの変更を加えた Linux、および問題のアーキテクチャの PC ハードウェアコンポーネントと互換性のある他のオペレーティングシステムによって制御できます。大手ブランドのソフトウェアに加えて、さまざまな独自のソフトウェア製品を IBM プラットフォームにインストールできます。通常、そのリリースとインストールにはハードウェアメーカーの承認は必要ありません。

IBM プラットフォームをベースとするほぼすべてのコンピューターに含まれるソフトウェアコンポーネントの中には、BIOS とも呼ばれる基本入出力システムがあります。 PC にインストールされているオペレーティングシステムの種類に関係なく、PC の基本的なハードウェア機能が確実に実行されるように設計されています。そして、これは実際、問題のアーキテクチャがオープンであることを示すもう 1 つの兆候です。BIOS メーカーは OS やその他のソフトウェアメーカーに対して寛容です。実際、BIOS が異なるブランドで製造できるという事実も、オープン性の基準となります。機能的には、さまざまな開発者の BIOS システムは似ています。

コンピュータに BIOS がインストールされていない場合、その操作はほとんど不可能です。オペレーティングシステムが PC にインストールされているかどうかは問題ではありません。コンピュータのハードウェアコンポーネント間の相互作用を確保する必要があり、これは BIOS を使用する場合のみ実現できます。コンピュータに BIOS を再インストールするには、OS やコンピュータ上で実行されている他の種類のソフトウェアをインストールする場合とは異なり、特別なソフトウェアとハードウェアツールが必要です。 BIOS のこの機能は、コンピュータウイルスから保護する必要があるという事実によって決まります。

BIOS を使用すると、ユーザーは特定の設定を行うことで PC ハードウェアコンポーネントを制御できます。これはプラットフォームのオープン性の側面の 1 つでもあります。場合によっては、適切な設定を使用すると、PC が顕著に高速化し、個々のハードウェアコンポーネントの機能がより安定することがあります。

多くの IT 専門家が信じているように、多くの PC の BIOS システムには UEFI シェルが追加されており、これは非常に便利で機能的なソフトウェアソリューションです。ただし、UEFI の基本的な目的は、BIOS の一般的な目的と根本的に変わりません。実際には、これは同じシステムですが、そのインターフェイスは PC オペレーティングシステムの典型的なものにやや似ています。

コンピューターにとって最も重要な種類のソフトウェアはドライバーです。コンピュータにインストールされているハードウェアコンポーネントが正しく機能するためには必要です。通常、ドライバーはコンピューターデバイスの製造元からリリースされます。同時に、あるオペレーティングシステム (Windows など) と互換性のある対応する種類のソフトウェアは、通常、他のオペレーティングシステムには適していません。したがって、ユーザーは多くの場合、特定の種類のコンピューターソフトウェアと互換性のあるドライバーを選択する必要があります。この意味で、IBM プラットフォームは十分に標準化されていません。ユーザーが必要なドライバーを見つけられなかったり、ハードウェアコンポーネントのメーカーが単に必要なタイプをリリースする時間がなかったりするため、Windows OS では完全に動作するデバイスが Linux では実行できない場合があります。ソフトウェアの。

コンピュータ構造に含まれると想定されるソリューションが、特定のアーキテクチャだけでなく、PC の他の技術要素とも互換性があることが重要です。最新の PC ではどのコンポーネントを変更できますか? 主要なものには、マザーボード、プロセッサー、RAM、ビデオカード、ハードドライブなどがあります。各コンポーネントの詳細をさらに詳しく見て、他のハードウェア要素との互換性を決定する要因を判断し、実際にオープン PC アーキテクチャの原則を最も正確に実装する方法を見つけてみましょう。

マザーボード

最新のコンピューターの重要なコンポーネントの 1 つは、マザーボードまたはシステムボードです。これには、さまざまなハードウェアコンポーネントを相互に組み合わせることができる、コントローラー、バス、ブリッジ、その他の要素が含まれています。そのおかげで、現代の PC アーキテクチャが実際に実装されています。マザーボードを使用すると、コンピューターの機能をさまざまなデバイスに効果的に分散できます。このコンポーネントには、プロセッサ、ビデオカード、RAM、ハードドライブなど、他のほとんどのコンポーネントが収容されています。PC の最も重要なソフトウェアコンポーネントである BIOS は、ほとんどの場合、マザーボードチップの 1 つに書き込まれています。関連する要素が損傷しないことが重要です。

マザーボードを交換する場合、または PC 組み立てプロセス中に適切なモデルを選択する場合は、新しいモデルが他のハードウェアコンポーネントと互換性があることを確認する必要があります。そのため、Intel プロセッサをサポートするボードもあれば、AMD のチップのみを搭載できるボードもあります。新しいボードが既存のメモリモジュールをサポートしていることを確認することが非常に重要です。ビデオカードとハードドライブに関しては、それぞれの市場でかなり高いレベルの標準化が行われているため、通常は問題は発生しません。しかし、新しいマザーボードと指定されたコンポーネントがテクノロジーの点で大きく異なることは望ましくありません。そうしないと、生産性の低い要素によってシステム全体の速度が低下します。

CPU

現代のコンピューターの主要チップはプロセッサーです。 PC のオープンアーキテクチャにより、ユーザーは、より強力で生産性が高く、技術的に高度なプロセッサをユーザーの裁量でコンピュータにインストールできます。ただし、そのような可能性には多くの制限が伴う可能性があります。したがって、別のコンポーネント (マザーボード) を交換せずに Intel プロセッサを AMD プロセッサに交換することは一般に不可能です。また、同じブランドの異なる種類の技術ラインに属するマイクロ回路の代わりに、あるマイクロ回路をインストールすることにも問題があります。

より強力なプロセッサを PC に取り付ける場合は、RAM、ハードドライブ、ビデオカードが技術的に遅れていないことを確認する必要があります。そうしないと、上で述べたように、マイクロ回路を交換しても期待した結果がもたらされない可能性があります。つまり、コンピューターは高速に動作しません。プロセッサのパフォーマンスの主な指標は、クロック速度、コア数、キャッシュメモリサイズです。それらが大きいほど、チップはより速く動作します。

ラム

このコンポーネントは PC のパフォーマンスにも直接影響します。 RAM の主な機能は、一般に、第 1 世代のコンピュータで一般的であったものと同じです。この意味で、RAM は古典的なハードウェアコンポーネントです。しかし、これはその重要性を強調しています。これまでのところ、PC メーカーはこれに代わる価値のある製品を考え出していません。

メモリのパフォーマンスの主な基準はそのサイズです。サイズが大きいほど、コンピュータの動作は速くなります。また、PC モジュールのクロック速度はプロセッサと同様です。この値が高いほど、コンピューターの生産性が高くなります。 RAM を交換する場合は、新しいモジュールがマザーボードと互換性があることを確認してください。

ビデオカード

最初のシリーズの PC アーキテクチャの原則には、ビデオカードを別個のコンポーネントに分離することは含まれていませんでした。つまり、このハードウェアソリューションは、コンピューターを最新世代として分類するための基準の 1 つでもあります。ビデオカードは、高性能チップを必要とする最も複雑なタイプのデータの 1 つであるコンピュータグラフィックスの処理を担当します。

このハードウェアコンポーネントは、その主な特性をプロセッサ、メモリ、およびマザーボードの能力およびテクノロジのレベルと関連付けて交換する必要があります。ここでのパターンは上で述べたことと同じです。対応する PC 要素のパフォーマンスレベルが大きく異なることは望ましくありません。ビデオカードの場合、主要な基準は内蔵メモリの量とメインチップのクロック周波数です。

コンピューターグラフィックスの処理を担当するモジュールがプロセッサーに組み込まれていることがあります。そして、これはコンピューターが時代遅れであることを示す兆候であるとは考えられず、逆に、同様のパターンが多くの最新の PC で観察されます。このコンセプトはラップトップメーカーの間で最も人気を得ています。これは非常に論理的です。ブランドは、このタイプのコンピューターがコンパクトであることを保証する必要があります。ビデオカードはかなり大きなハードウェアコンポーネントであり、そのサイズはプロセッサやメモリモジュールよりも著しく大きいことがほとんどです。

ハードディスク

ハードドライブも古典的なコンピューターコンポーネントです。永久記憶装置のカテゴリに属します。現代の PC アーキテクチャの典型。ハードドライブには大量のファイルが保存されることがよくあります。このコンポーネントは、マザーボード、プロセッサ、RAM、ビデオカードの仕様の点で最も要求が少ないコンポーネントであることに注意してください。ただし、ハードドライブのパフォーマンスが低い場合は、他のハイテクハードウェアコンポーネントがインストールされている場合でも、コンピュータの動作が遅くなる可能性があります。

ディスクのパフォーマンスの主な基準は回転速度です。音量も重要ですが、このパラメータの重要性はユーザーのニーズによって異なります。コンピュータに非常に高速な小容量のハードドライブが搭載されている場合、PC は、デバイスの対応する要素が大容量で回転速度が遅いハードドライブよりも高速に動作します。

マザーボード、プロセッサ、RAM、およびビデオカードは、PC の内部コンポーネントです。ハードドライブは内蔵または外付けのいずれかであり、この場合はほとんどの場合取り外し可能です。ハードドライブの主な類似物は、フラッシュドライブとメモリカードです。場合によっては、完全に交換できる場合もありますが、可能であれば、PC に少なくとも 1 つのハードドライブを装備することをお勧めします。

もちろん、オープン PC アーキテクチャの概念は、これら 5 つのコンポーネントを置き換えて選択できることに限定されません。コンピューターの一部である他の目的のデバイスがたくさんあります。これらは、DVD および Blu-ray ドライブ、サウンドカード、プリンタ、スキャナ、モデム、ネットワークカード、ファンです。対応するコンポーネントのセットは、特定のブランドの PC アーキテクチャによって決定される場合があります。マザーボード、プロセッサー、RAM、ビデオカード、およびハードドライブは、これなしでは最新の PC が動作しないか、その機能が非常に困難になる要素です。これらは主に作業の速度を決定します。したがって、適切なタイプの技術的に高度で最新のコンポーネントがコンピュータにインストールされていることを確認することで、ユーザーは高性能で強力な PC を組み立てることができます。

アップルコンピュータ

他にどのようなタイプの PC アーキテクチャがありますか? IBM アーキテクチャと直接競合するものはほとんどありません。たとえば、これらは Apple の Macintosh コンピュータです。もちろん、多くの点で IBM アーキテクチャに似ています。プロセッサ、メモリ、ビデオカード、マザーボード、ハードドライブも備えています。

ただし、Apple コンピュータはプラットフォームがクローズドであるという特徴があります。ユーザーが自分の判断で PC にコンポーネントをインストールできることは非常に限られています。 Apple は、適切なアーキテクチャでコンピュータを合法的に製造できる唯一のブランドです。同様に、Apple は、独自のプラットフォーム内でリリースされた機能的なオペレーティングシステムを提供する唯一のプロバイダーです。したがって、特定の種類の PC アーキテクチャは、コンピュータのハードウェアコンポーネントが大きく異なるのではなく、適切なソリューションをリリースするための製造ブランドのアプローチが異なる場合があります。企業は独自の開発戦略に応じて、プラットフォームのオープン性またはクローズ性に重点を置くことができます。

IBM プラットフォームの例を使用した現代の PC のアーキテクチャの主な特徴は、コンピュータメーカーの独占ブランドの不在、オープン性です。そして、ソフトウェアとハードウェアの両方の側面において。 IBM プラットフォームの主な競合相手である Apple に関しては、対応するアーキテクチャの PC の主な特徴は、単一ブランドによるコンピュータのリリースだけでなく、閉鎖性であることです。

パーソナルコンピュータのアーキテクチャ

導入

コンピュータは、データを処理して計算を実行できるほか、他のシンボル操作タスクを実行できるプログラム可能な電子デバイスです。

コンピュータには主に 2 つのクラスがあります。

数値バイナリコードの形式でデータを処理するデジタルコンピュータ。
計算量の類似物である連続的に変化する物理量 (電圧、時間など) を処理するアナログコンピューター。

現在、コンピュータの圧倒的多数がデジタルであるため、このクラスのコンピュータのみをさらに検討し、「デジタルコンピュータ」という意味で「コンピュータ」という言葉を使用します。コンピュータの基礎は、主に電子的および電気機械的な要素とデバイスを使用して構築されたハードウェア (ハードウェア) によって形成されます。コンピュータの動作原理は、事前に明確に定義された算術演算、論理演算、その他の演算シーケンスであるプログラム (ソフトウェア) を実行することです。

コンピュータープログラムはすべて、個別のコマンドのシーケンスです。コマンドは、コンピュータが実行する必要がある操作の説明です。通常、コマンドには独自のコード (シンボル)、初期データ (オペランド)、および結果があります。たとえば、「2 つの数値を加算する」というコマンドには項のオペランドがあり、結果はそれらの合計になります。ただし、「stop」コマンドにはオペランドがないため、結果としてプログラムが終了します。コマンドの結果は、このコマンド用に正確に定義され、コンピュータの設計に組み込まれたルールに従って生成されます。特定のコンピュータによって実行される一連のコマンドは、そのコンピュータのコマンドシステムと呼ばれます。

コンピュータは、1 秒あたり数百万から数億の範囲の非常に高速で動作します。

パーソナルコンピュータは、他のどのタイプのコンピュータよりも、次のような特徴を持つ新しいコンピュータ情報テクノロジへの移行に貢献しています。

ユーザーとのフレンドリーな情報、ソフトウェア、および技術的なインターフェース。
ユーザーとの対話モードで情報処理を実行します。
統合データベースに基づくすべてのプロセスのエンドツーエンドの情報サポート。
いわゆる「ペーパーレス技術」。

コンピュータは、情報を保存、処理、送信するための多機能電子デバイスです。コンピュータアーキテクチャとは、その論理的な組織、構造、リソース、つまり、一定期間データ処理プロセスに割り当てることができるコンピューティングシステムの手段を指します。

ほとんどのコンピューターの構造は、1945 年にジョンフォンノイマンによって策定された原則に基づいています。

プログラム制御の原理 (プログラムは、プロセッサによって一定の順序で次々に自動的に実行される一連のコマンドで構成されます)。
メモリ均一性の原理 (プログラムとデータは同じメモリに保存され、コマンドはデータと同じ方法で処理できます)。
アドレス指定の原理 (メインメモリは構造的に番号が付けられたセルで構成されています)。

これらの原理に基づいて構築されたコンピュータは、古典的なアーキテクチャ (フォンノイマンアーキテクチャ) を採用しています。 PC アーキテクチャは、動作原理、情報接続、およびコンピュータの主要な論理ノードの相互接続を決定します。

中央プロセッサ。
メインメモリ。
外部メモリ。
周辺機器。

プロセッサアーキテクチャを決定する主要な電子コンポーネントは、システムボードまたはマザーボードと呼ばれるメインコンピュータボード上にあります。また、追加デバイスのコントローラーとアダプター、またはこれらのデバイス自体は、拡張カードの形式で作成されます (Dある ughterBoard - ドーターボード) であり、拡張スロット (英語のスロット - スロット、溝) とも呼ばれる拡張コネクタを使用してバスに接続されます。

機能的および構造的な組織

基本的な PC ブロックとその意味

コンピュータのアーキテクチャは通常、ユーザーにとって重要な一連のプロパティによって決まります。主な注意は、機械の構造と機能にあり、基本的なものと追加的なものに分けられます。基本機能は、情報の処理と保存、外部オブジェクトとの情報交換など、コンピュータの目的を決定します。追加機能は、基本機能の実行効率を高めます。効果的な動作モード、ユーザーとの対話、高い信頼性などが提供されます。コンピュータの指定された機能は、そのコンポーネントであるハードウェアとソフトウェアを使用して実装されます。

コンピューターの構造は、コンポーネントの構成、順序、相互作用の原理を確立する特定のモデルです。パーソナルコンピュータは、一般的なアクセシビリティと汎用性の要件を満たすデスクトップまたはラップトップコンピュータです。 PC の利点は次のとおりです。

低コストで個人の購入者の手の届く範囲内。
環境条件に対する特別な要件を必要としない自律的な動作。
アーキテクチャの柔軟性。管理、科学、教育、日常生活の分野におけるさまざまなアプリケーションへの適応性を確保します。
オペレーティングシステムやその他のソフトウェアの「使いやすさ」により、ユーザーは特別な専門的な訓練を受けずに操作できるようになります。
高い動作信頼性 (故障間隔は 5,000 時間以上)。

パソコンの構造

主要な PC ブロックの構成と目的を考えてみましょう。

注記。以下では、現在最も一般的な IBM PC に似たコンピューターに関連して PC の構成を検討します。

マイクロプロセッサには次のものが含まれます。

制御装置 (CU) - 実行されている操作の詳細と以前の操作の結果によって決定される特定の制御信号 (制御パルス) を生成し、適切なタイミングで機械のすべてのブロックに供給します。実行中の演算によって使用されるメモリセルのアドレスを生成し、これらのアドレスを対応するコンピュータブロックに送信する。制御装置は、クロックパルス発生器からパルスの基準シーケンスを受信する。
算術論理演算装置 (ALU) - 数値および記号情報に対してすべての算術演算および論理演算を実行するように設計されています (一部の PC モデルでは、演算の実行を高速化するために追加の数学的コプロセッサーが ALU に接続されています)。
マイクロプロセッサメモリ (MPM) - メインメモリ (RAM) は、必要な情報の書き込み、検索、読み取りの速度を常に提供するとは限らないため、マシン動作の次のサイクルでの計算に直接使用される情報の短期間の記録と出力に役立ちます。高速マイクロプロセッサの効率的な動作。レジスタは、さまざまな長さの高速メモリセルです (標準長が 1 バイトで性能が低い OP セルとは対照的です)。
マイクロプロセッサインターフェイスシステム - 他の PC デバイスとのペアリングと通信を実装します。内部 MP インターフェイス、バッファストレージレジスタ、入出力ポート (I/O) およびシステムバスの制御回路が含まれています。インターフェイスは、コンピュータデバイスをペアリングして通信し、効果的な相互作用を保証するための一連の手段です。入力/出力ポート (I/O - 入力/出力ポート) - 別の PC デバイスをマイクロプロセッサに接続できるようにするインターフェイス装置。

クロックジェネレーター

クロックパルスジェネレーターの周波数はパーソナルコンピューターの主な特性の 1 つであり、コンピューターの各操作は特定のクロックサイクル数で実行されるため、コンピューターの動作速度を大きく決定します。

システムバス

これはコンピュータの主要なインターフェイスシステムであり、すべてのデバイスの相互のペアリングと通信を保証します。システムバスには次のものが含まれます。

コードデータバス (CDB) には、オペランドの数値コード (マシン語) のすべてのビットを並列送信するためのワイヤとインターフェイス回路が含まれます。
アドレスコードバス（ＡＣＢＡ）。メインメモリセルのアドレスコードの全ビットまたは外部装置の入出力ポートを並列送信するためのワイヤおよびインターフェース回路を含む。
コード命令バス (IBC)。マシンのすべてのブロックに命令 (制御信号、パルス) を送信するためのワイヤとインターフェイス回路が含まれます。
PC ユニットを電源システムに接続するためのワイヤとインターフェイス回路を備えた電源バス。

システムバスは、次の 3 方向の情報転送を提供します。

マイクロプロセッサとメインメモリの間。
マイクロプロセッサと外部デバイスの入出力ポートの間。
メインメモリと外部デバイスの I/O ポート間 (ダイレクトメモリアクセスモード)。

ブロックではなく、むしろその入出力ポートは、対応する統合コネクタ (ジョイント) を介して、直接またはコントローラー (アダプター) を介してバスに均一に接続されます。システムバスは、マイクロプロセッサによって直接制御されるか、多くの場合、追加のマイクロ回路を介して制御されます。 バスコントローラー、メイン制御信号を生成します。

メインメモリ（RAM）

これは、情報を保存し、マシンの他のユニットと迅速に情報を交換できるように設計されています。 OP には、読み取り専用メモリ (ROM) とランダムアクセスメモリ (RAM) の 2 種類のストレージデバイスが含まれています。

ROM は、変更不可能な (永続的な) プログラムと参照情報を保存するために使用されます。ROM に保存されている情報をすぐに読み取ることのみが可能です (ROM 内の情報は変更できません)。

RAM は、現在 PC によって実行される情報およびコンピューティングプロセスに直接関係する情報 (プログラムとデータ) をオンラインで記録、保存、読み取りできるように設計されています。 RAM の主な利点は、その高性能と各メモリセルに個別にアクセスできること (セルへの直接アドレスアクセス) です。 RAMのデメリットとして、マシンの電源を切るとRAMに情報が保存されなくなる（揮発性）ことを解除する必要があります。

外部メモリ

これは PC の外部デバイスを指し、問題を解決するために必要になる可能性のある情報を長期保存するために使用されます。特に、すべてのコンピュータソフトウェアは外部メモリに保存されます。外部メモリにはさまざまな種類の記憶装置が含まれていますが、ほぼすべてのコンピュータに搭載されている最も一般的なものは、ハードディスクドライブ (HDD) とフロッピーディスクドライブ (HD) です。

これらのドライブの目的は、大量の情報を保存し、要求に応じて保存された情報をランダムアクセスメモリデバイスに記録および解放することです。磁気フロッピーディスク、光ディスクドライブ (CD-ROM、読み取り専用コンパクトディスク、DVD、読み取り専用メモリを備えたメモリ CD) などの記憶装置も外部記憶装置として使用されます。

電源

これは、PC 用の自律電源システムおよびネットワーク電源システムを含むブロックです。

タイマー

これは、必要に応じて現在の瞬間 (年、月、時、分、秒、および秒の端数) を自動的に記録する機械内の電子時計です。タイマーは自律電源 (バッテリー) に接続されており、マシンがネットワークから切断されても動作し続けます。

外部機器（ED）

これは、あらゆるコンピューティング複合体の最も重要なコンポーネントです。コストの観点から言えば、VA が PC 全体の 50 ～ 80% を占めることもあります。制御システムおよび国民経済全体における PC の使用の可能性と有効性は、コンピュータの構成と特性に大きく依存します。

PC コンピューターは、ユーザー、制御オブジェクト、および他のコンピューターによるマシンと環境の相互作用を保証します。 VE は非常に多様であり、多くの特徴に従って分類できます。したがって、目的に応じて、次のタイプのデバイスを区別できます。

外部記憶装置 (ESD) または外部 PC メモリ。
ユーザーダイアログツール。
情報入力装置。
情報出力装置。
通信および電気通信の手段。

ユーザー対話ツールには、ビデオモニター (ディスプレイ)、まれにリモコンタイプライター (キーボード付きプリンター)、および音声入出力デバイスが含まれます。

ビデオモニタ（ディスプレイ）とは、パソコンから入出力される情報を表示する装置です。

音声入出力デバイスはマルチメディアに分類されます。音声入力デバイスは、たとえば、人が話した文字や単語を認識し、識別し、エンコードできる複雑なソフトウェアを備えたさまざまなマイク音響システム、「サウンドマウス」です。

音声出力デバイスは、デジタルコードを文字や単語に変換するさまざまなサウンドシンセサイザーで、スピーカーやコンピューターに接続されたスピーカーを通じて再生されます。

情報入力デバイスには次のようなものがあります。

キーボード - 数値、テキスト、および制御情報を PC に手動で入力するためのデバイス。
特別なポインタ (ペン) をタブレット上で動かすことにより、グラフィック情報や画像を手動で入力するためのグラフィックタブレット (デジタイザ)。ペンを動かすと、その位置の座標が自動的に読み取られ、その座標が PC に入力されます。
スキャナ - 紙媒体から自動的に読み取り、タイプライターで書かれたテキスト、グラフ、写真、図面を PC に入力します。スキャナ符号化装置では、テキストモードでは、読み取った文字を特殊プログラムにより基準輪郭と比較した後、ASCIIコードに変換し、グラフィックモードでは、読み取ったグラフや図面を二次元座標列に変換する。
マニピュレータ (ポインティングデバイス): ジョイスティックレバー、マウス、フレーム付きトラックボール、ライトペンなど - 画面上のカーソルの動きを制御し、その後カーソル座標をエンコードしてそれらを入力することにより、ディスプレイ画面にグラフィック情報を入力します。 PC。
タッチスクリーン - 個々の画像要素、プログラム、またはコマンドを分割画面ディスプレイから PC に入力するためのものです。

情報出力デバイスには次のものが含まれます。

プリンター - 紙に情報を記録するための印刷装置。
プロッター (プロッター) - PC から紙にグラフィック情報 (グラフ、図面、図面) を出力するため。ペンを使用してイメージを描画するベクタープロッタと、サーモグラフィ、静電、インクジェット、レーザーのラスタープロッタがあります。設計上、プロッタはフラットベッドプロッタとドラムプロッタに分けられます。すべてのプロッターの主な特性はほぼ同じです。プロット速度 - 100 – 1000 mm/s (最良のモデルはカラー画像とハーフトーン透過を備えています)。レーザープロッターは最高の解像度と画像の鮮明さを備えていますが、最も高価です。

計器およびその他の自動化機器 (インターフェイスアダプター、アダプター、デジタル/アナログおよびアナログ/デジタルコンバーターなど) との通信、および PC を通信チャネル、他のコンピューターおよびコンピューターネットワークに接続するための通信および電気通信デバイス (ネットワークインターフェイスカード、「ジョイント」、データ送信マルチプレクサ、モデム）。

特に、ネットワークアダプタは PC の外部インターフェイスであり、コンピュータネットワークの一部として機能するために、他のコンピュータと情報を交換するための通信チャネルに PC を接続する役割を果たします。グローバルネットワークでは、ネットワークアダプタの機能は変復調器によって実行されます。

上記のデバイスの多くは、条件付きで選択されたグループ、つまりマルチメディアに属します。マルチメディアは、サウンド、ビデオ、グラフィックス、テキスト、アニメーションなどのさまざまな自然メディアを使用してコンピューターと通信できるようにするハードウェアとソフトウェアのセットです。

マルチメディア手段には、音声入力および出力デバイスが含まれます。スキャナーはすでに普及しています（印刷されたテキストや図をコンピューターに自動的に入力できるため）。高品質のビデオ (ビデオ) カードとサウンド (サウンド) カード、VCR またはビデオカメラから画像をキャプチャして PC に入力するビデオキャプチャカード (ビデオグラバー)。アンプ、サウンドスピーカー、大型ビデオスクリーンを備えた高品質の音響およびビデオ再生システム。しかし、おそらく、さらに大きな理由があり、マルチメディアには、オーディオおよびビデオ情報の記録によく使用される光ディスク上の外部大容量記憶装置が含まれます。

コンパクトディスク (CD) は、量産時のコストが低く、大容量 (650 ～ 700 MB、新しいタイプでは 8 GB 以上)、高い信頼性と耐久性を考慮すると、CD に情報を保存するコストは、ユーザーの負担は、磁気ディスクに比べて比較にならないほど低くなります。広範なデータベースとライブラリ全体が CD に編成されています。 CD には辞書、参考書、百科事典が含まれています。一般教育および一般科目の研修および開発プログラム。

CD は、外国語、交通ルール、会計、法律全般、特に税法の学習などに広く使用されています。そしてこれらすべてには、テキストや図、音声情報やアニメーション、音楽やビデオが伴います。純国産の側面では、CD はオーディオおよびビデオ記録を保存するために使用できます。つまり、磁気オーディオカセットやビデオカセットの代わりに使用できます。もちろん、CD に保存されている多数のコンピュータゲームプログラムについては言及する価値があります。

このように、CD-ROM は、機能も再生環境も多様な CD に記録された膨大な情報へのアクセスを提供します。

中断とは、別の、現時点ではより重要な (優先度の) プログラムを即座に実行するために、あるプログラムの実行を一時的に停止することです。コンピュータが常に動作していると、中断が発生します。すべての情報の入出力手順は割り込みを使用して実行されると言えば十分です。たとえば、タイマー割り込みが発生し、1 秒間に 18 回割り込みコントローラーによって処理されます (当然、ユーザーはそれらに気づきません)。

割り込みコントローラは割り込みプロシージャを処理し、外部デバイスから割り込み要求を受け取り、この要求の優先レベルを決定し、MP に割り込み信号を発行します。この信号を受信した MP は、現在のプログラムの実行を一時停止し、外部デバイスが要求した割り込みに対応するための特別なプログラムの実行を開始します。メンテナンスプログラムが完了すると、中断されたプログラムが再開されます。

マシン内システムインターフェイスは、コンピューターノードとブロックを相互に通信およびインターフェイスするシステムです。これは、電気通信線 (ワイヤー)、コンピューターコンポーネントとのインターフェイス回路、信号を送信および変換するためのプロトコル (アルゴリズム) のセットです。

マシン内インターフェイスを構成するには 2 つのオプションがあります。

マルチ接続インターフェイス: 各 PC ブロックはローカルワイヤによって他のブロックに接続されます。このインターフェイスは、原則として、最も単純な家庭用デバイスでのみ使用されます。
シングルリンクインターフェイス: すべての PC ユニットは共通バスまたはシステムバスを介して相互に接続されます。

最近の PC の大部分は、システムインターフェイスとしてシステムバスを使用しています。システムバスの構造と構成については前述しました。システムバスの最も重要な機能特性は、サービスを提供するデバイスの数とそのスループット、つまり可能な最大情報転送速度です。バスの帯域幅は、そのビットサイズ (8 ビット、16 ビット、32 ビット、および 64 ビットのバスがあります) とバスが動作するクロック周波数によって異なります。

以下は、さまざまな PC でシステムバスとして使用されており、使用可能です。

拡張バス - 多数の異なるデバイスを接続できる汎用バス。
特定のクラスの少数のデバイスのサービスに特化したローカルバス。

拡張バス:

Multibus 1 バスには 2 つの変更点があります。PC/XT バス (パーソナルコンピュータ eXtended Technology) - 高度なテクノロジを備えた PC、および PC/AT バス (PC Advachnology - 高度なテクノロジを備えた PC)。
PC/XT バス - 8 ビットのデータバスと 20 ビットのアドレスバス。クロック周波数 4.77 MHz 用に設計されています。アダプタ割り込み用の 3 つのラインと、ダイレクトメモリアクセス用の 3 つのチャネル (DMA チャネル - ダイレクトメモリアクセス) があります。アドレスバスは、マイクロプロセッサのアドレス空間を 1 MB に制限しました。 MP 8086、8088 で使用されます。
PC/At バス - 16 ビットデータバスおよび 24 ビットアドレスバス、動作クロック周波数は最大 8 MHz ですが、バスコントローラが周波数を半分に分割できるため、クロック周波数 16 MHz の MP も使用できます。 ; アダプター割り込み用の 7 つのラインと 4 つの DMA チャネルがあります。 MP 80286 とともに使用されます。
ISA バス (業界標準アーキテクチャ) - 16 ビットのデータバスと 24 ビットのアドレスバス、動作クロック周波数は 16 MHz ですが、クロック周波数が 50 MHz の MP も使用できます (分周比が増加します)。 PC/XT および PC/AT バスと比較して、ハードウェア割り込みラインの数が 7 から 15 に、DMA ダイレクトメモリアクセスチャネルの数が 7 から 11 に増加しました。24 ビットアドレスバスのおかげで、アドレス空間は1～16MB。データバスの理論上のスループットは 16 MB/秒ですが、その使用上の多くの機能により、実際にはこれより低くなり、約 3 ～ 5 MB/秒になります。 32 ビット高速 MP の出現により、ISA バスは PC のパフォーマンスを向上させる上で大きな障害となっています。
EISA (拡張 ISA) バス - 1989 年に作成された 32 ビットデータバスおよび 32 ビットアドレスバス。バスアドレス空間は 4 GB、帯域幅は 33 MB/秒、MP - CACHE - OP チャネル上の交換速度はメモリチップのパラメータによって決定され、拡張コネクタの数が増加しました (理論的には最大最大 15 台のデバイスを接続できます (実際には最大 10)。割り込みシステムが改善され、EISA バスが自動システム構成と DMA 制御を提供します。 ISA バスと完全な互換性があり (ISA に接続するためのコネクタがあります)、このバスはコンピュータシステムのマルチプロセッサアーキテクチャをサポートします。 EISA バスは非常に高価で、高速 PC、ネットワークサーバー、ワークステーションで使用されます。
MCA (Micro Channel Architecture) バスは、1987 年に IBM によって作成された 32 ビットバスです。 PC/2 マシンの場合、帯域幅 76 MB/s、動作周波数 10 ～ 20 MHz。その他の特徴としては、EISA バスに近いですが、ISA または EISA とは互換性がありません。 PS/2 コンピュータは主に豊富なアプリケーションプログラムが開発されていないために広く使用されていないため、MCA バスもあまり広く使用されていません。

最新のコンピューティングシステムには次のような特徴があります。

マイクロプロセッサの速度の急速な成長 (たとえば、Pentium MP は 64 ビットデータバス上で 528 MB/秒の速度でデータを出力できます) および一部の外部デバイス (たとえば、高解像度のデジタルフルスクリーンビデオを表示するため)品質、22 MB/秒の帯域幅が必要です);
多数のインターフェイス操作を必要とするプログラムの出現 (たとえば、Windows のグラフィックス処理プログラム、マルチメディア環境で動作するプログラム)。

このような状況下では、コンピュータが長時間「思考」し始めたため、複数のデバイスに同時にサービスを提供する拡張バスのスループットは、ユーザーの快適な作業には不十分であることが判明しました。

インターフェイス開発者は、MP バスに直接接続されたローカルバスを作成し、MP クロック周波数 (ただし、内部動作周波数ではない) で動作し、MP の外部にあるいくつかの高速デバイス (メインメモリと外部メモリ) との通信を提供するという道を選択しました。、ビデオシステム。

現在、2 つの主要なユニバーサルローカルバス規格、VLB と PCI があります。

VLB バス (VE SA ローカルバス (VESA ローカルバス) - 1992 年に開発されました。 Video Electronics Standards Association (VESA) に準拠しているため、VESA バスと呼ばれることがよくあります。
VLB バスは基本的に、ビデオアダプタと通信するための内部 MP バスの拡張であり、まれにハードドライブと通信することもあります。このバスの 64 ビットバージョンも開発中です。 VLB を介した実際のデータ転送速度は 80 MB/s (理論的には 132 MB/s が達成可能) です。

タイヤのデメリット：

MP 80386、80486 を動作させるように設計されており、Pentium、Pentium Pro、Power PC プロセッサには適合していません。
MP のクロック周波数に厳密に依存します (各 VLB バスは特定の周波数専用に設計されています)。
接続デバイスの数が少ない - VLB バスに接続できるデバイスは 4 つだけです。
バス調停はありません。接続されたデバイス間で競合が発生する可能性があります。

PCI バス (Peripheral Component Interconnect - 外部デバイスの接続) は、1993 年に Intel によって開発されました。 PCI バスは VLB よりもはるかに多用途です。独自のアダプターを備えており、80486、Pentium、Pentium Pro、Power PC などのあらゆる MP で動作するように構成できます。自動構成機能を使用して、非常に異なる構成の 10 台のデバイスを接続でき、独自の「調停」ツールとデータ転送制御ツールを備えています。 PCI バスは依然として非常に高価です。

PCI 容量は 32 ビット、64 ビットまで拡張可能、理論上のスループットは 132 MB/秒 (実際のスループットはその半分)。 PCI バスはローカルですが、拡張バスの多くの機能も実行します。特に、ISA、EISA、MCA 拡張バス (およびそれらと互換性があります) は、PCI バスがある場合、PCI バスに直接接続されます。 MP (VLB バスを使用する場合と同様) ですが、(拡張インターフェイス経由で) PCI バス自体に接続されます。

PC で VLB および PCI バスを使用できるのは、適切な VLB または PCI マザーボードがある場合のみであることに注意してください。マザーボードは、ISA/EISA、VLB、PCI を使用できるマルチバス構造で製造されており、いわゆる VIP バス (VLB、ISA、PCI の頭文字) を備えたマザーボードです。

しかし現在、VLB バスを備えたボードは製造されておらず、ISA バスは消滅しつつあり、高帯域幅ビデオアダプタやいわゆる 3D アクセラレータ用に設計された AGP などの新しいバスが登場しています。

PC機能デバイス

PC の主な特徴は次のとおりです。

パフォーマンス。
パフォーマンス。
クロック周波数。

パフォーマンスの測定単位は次のとおりです。

MIPC (MIPC - Vega 命令/秒) - 固定小数点 (ドット) を使用した数値に対する 100 万回の演算。
MFLOPS (Mega Floating Operations Second) - 浮動小数点 (ドット) 数値に対する 100 万回の演算。
KOPS (KOPS - Kilo Operations Per Second) - 低パフォーマンスのコンピューター用 - 数値に対する特定の平均操作。
GFLOPS - ギガ Floating Operations Per Second) - 浮動小数点数の 1 秒あたり 10 億回の演算 (ドット)。

コンピュータのパフォーマンスの評価は常に近似的です。この場合、それらは何らかの平均的な操作、または逆に特定の種類の操作によって導かれるからです。実際には、さまざまな問題を解決するためにさまざまな操作セットが使用されます。したがって、PC を特徴づけるには、通常、パフォーマンスではなく、マシンの速度をより客観的に決定するクロック周波数を示します。また、各操作の実行には非常に一定数のクロックサイクルが必要です。クロック周波数がわかれば、あらゆるマシン操作の実行時間を非常に正確に判断できます。

1. マシンおよびインターフェイスコードバスのビット容量。ビット容量とは、情報の送信操作を含む機械操作を同時に実行できる 2 進数の最大ビット数です。他の条件が同じであれば、ビット深度が大きいほど、PC のパフォーマンスは向上します。

2. システムおよびローカルインターフェイスの種類。インターフェイスの種類が異なると、マシンノード間の情報転送のタイミングが異なるため、異なる数の異なる種類の外部デバイスを接続できます。

3. RAM容量。 RAM 容量は、ほとんどの場合メガバイト (MB) 単位で測定されます。 1 MB = 1024 KB = 1024 バイトであることを思い出してください。最近のアプリケーションプログラムの多くは、容量が 32 MB 未満の RAM では動作しないか、動作しますが非常に時間がかかります。とりわけ、主記憶容量を 2 倍にすると、複雑な問題を解決する際のコンピュータの実効パフォーマンスが約 1.7 倍向上することに留意する必要があります。

4. ハードディスクの記憶容量 (ハードドライブ)。ハードドライブの容量は通常、メガバイトまたはギガバイト（1 GB = 1024 MB）で測定されます。

5. フロッピーディスクドライブとレーザー CD の種類と容量。現在、フロッピーディスクドライブには、3.5 インチと 5.25 インチ (ほとんど使われなくなっています) サイズのフロッピーディスク (1 インチ = 25.4 mm) が使用されています。前者は標準容量が 1.44 MB、後者が 1.2 MB です。 CD ドライブは、低コストでサイズが 650 および 700 Mb の大容量であるため、また使用され、容量が 650 ～ 700 Mb の書き換え可能な CD-RW レーザーディスクが使用されます。 DVD などの一種の記憶装置も使用されます。ハイテクで高コストですが、最大24Gbの大容量です。

6. キャッシュメモリの種類と容量。キャッシュメモリは、バッファ付きの、ユーザーがアクセス可能な高速メモリで、低速のストレージデバイスに保存されている情報を使用して操作を高速化するためにコンピュータによって自動的に使用されます。たとえば、メインメモリの操作を高速化するために、レジスタキャッシュメモリがマイクロプロセッサの内部 (1 次キャッシュメモリ) またはマザーボード上のマイクロプロセッサの外部 (2 次キャッシュメモリ) に編成されます。ディスクメモリの操作を高速化するために、キャッシュメモリは電子メモリセルごとに構成されます。 256 KB のキャッシュメモリがあると、PC のパフォーマンスが約 20% 向上することに注意してください。キャッシュメモリ容量は512KBあります

7. ビデオモニター (ディスプレイ) とビデオアダプターの種類。

8. プリンターの種類。

9. 数学的コプロセッサの可用性。数学的コプロセッサを使用すると、2 進浮動小数点数および 2 進化 10 進数の演算の実行を数十倍高速化できます。

10. 利用可能なソフトウェアとオペレーティングシステムの種類。

11. 他のタイプのコンピュータとのハードウェアおよびソフトウェアの互換性。他のタイプのコンピュータとのハードウェアおよびソフトウェアの互換性とは、それぞれ、他のタイプのマシンと同じ技術要素およびソフトウェアをコンピュータで使用できることを意味します。

12. コンピュータネットワーク上で作業できる能力

13. マルチタスクモードで作業する機能。マルチタスクモードを使用すると、複数のプログラム (マルチプログラムモード) または複数のユーザー (マルチユーザーモード) で同時に計算を実行できます。このモードで可能な複数のマシンデバイスの動作時間を組み合わせると、コンピュータの実効速度を大幅に向上させることができます。

14. 信頼性。信頼性とは、割り当てられたすべての機能を完全かつ正確に実行するシステムの能力です。 PC の信頼性は通常、平均故障間隔によって測定されます。

15. 価格。

16. 寸法と重量。

マイクロプロセッサ

マイクロプロセッサ、それ以外の場合は中央処理装置。中央処理装置 (CPU、英語の Central Processing Unit に由来) は、プログラムで指定された算術演算および論理演算を実行し、計算プロセスを制御し、すべてのコンピュータデバイスの動作を調整する、コンピュータの主要な動作コンポーネントです。中央プロセッサには通常、次のものが含まれます。

算術論理演算ユニット。
データバスとアドレスバス。
レジスター。
プログラムカウンター。
キャッシュ - 非常に高速な小さなメモリ (8 ～ 512 KB)。
数学的浮動小数点コプロセッサ。

最新のプロセッサはマイクロプロセッサとして実装されています。物理的には、マイクロプロセッサは集積回路です。面積がわずか数平方ミリメートルの結晶シリコンの薄い長方形のウェハで、その上にプロセッサのすべての機能を実装する回路が配置されています。通常、スラブ結晶はプラスチックまたは平らなセラミックのケースに入れられ、コンピュータのマザーボードに取り付けられるように金線で金属ピンに接続されます。コンピュータシステムには、複数のプロセッサが並列実行されている場合があります。このようなシステムはマルチプロセッサシステムと呼ばれます。

最初のマイクロプロセッサは 1971 年にインテル (米国) によってリリースされました - MP 4004。現在、数百種類の異なるマイクロプロセッサが製造されていますが、最も人気があり普及しているのは Intel と AMD のマイクロプロセッサです。

マイクロプロセッサの構造

制御デバイスは、機能的に最も複雑な PC デバイスです。命令コードバスを介してマシンのすべてのブロックに届く制御信号を生成します。これも：

§ コマンドレジスタは、コマンドコード (実行される演算のコードと演算に関係するオペランドのアドレス) が格納される記憶レジスタです。コマンドレジスタは、MP のインターフェイス部分のコマンドレジスタブロックにあります。

§ オペレーションデコーダは、コマンドレジスタから受け取ったオペレーションコード (OPC) に従って、多数の出力のうち 1 つを選択する論理ブロックです。

§ 読み取り専用マイクロプログラム記憶装置 - PC ブロックで情報処理動作を実行するために必要な制御信号 (パルス) をそのセルに記憶します。（オペレーションコードに従って）デコーダによって選択されたオペレーションに基づくパルスが、必要な一連の制御信号をマイクロプログラムＲＯＭから読み取る。

§ アドレス生成ユニット (MP のインターフェイス部分に配置) は、コマンドレジスタと MP のレジスタから得られる詳細を使用してメモリセル (レジスタ) の完全なアドレスを計算するデバイスです。

§ データ、アドレス、および命令コードバスは、マイクロプロセッサの内部バスの一部です。一般に、制御ユニットは次の基本手順を実行するための制御信号を生成します。

ああレジスタカウンタからMPPコマンドのアドレス、つまり次のプログラムコマンドが格納されているRAMセルのアドレスをサンプリングする。

ああＲＡＭセルから次のコマンドのコードをフェッチし、読み出しコマンドをコマンドレジスタに受信する。

ああ選択されたコマンドのオペレーションコードと特性を解読する。

ああマシンのすべてのブロックで所定の操作を実行する手順を決定する、復号化された操作コード制御信号 (パルス) に対応するマイクロプログラム ROM セルを読み取り、これらのブロックに制御信号を送信します。

ああコマンドレジスタおよびＭＰＰレジスタから、計算に関与するオペランドのアドレス（数値）の個々の構成要素を読み取り、オペランドの完全なアドレスを形成する。

ああ(生成されたアドレスで) オペランドをフェッチし、これらのオペランドを処理する所定の操作を実行します。

ああ操作の結果をメモリに記録する。

ああ次のプログラムコマンドのアドレスを形成します。

算術論理演算ユニットは、情報変換の算術論理演算を実行するように設計されています。機能的には、ALU は通常、2 つのレジスタ、加算器、および制御回路 (ローカル制御デバイス) で構成されます。

加算器 - 入力で受け取ったバイナリコードを加算する手順を実行する計算回路。加算器は 2 倍のマシンワードの容量を持っています。

レジスタはさまざまな長さの高速メモリセルです。レジスタ 1 (Pr1) はダブルワードの容量を持ち、レジスタ 2 (Pr2) は 1 ワードの容量を持ちます。演算が実行されると、演算に含まれる最初の数値が Pr1 に格納され、演算の完了時に結果が格納されます。 in Pr2 - 操作に関係する 2 番目の数値 (操作が完了すると、その中の情報は変更されません)。レジスター 1 は、コードデータバスから情報を受信し、これらのバスから情報を出力できます。

制御回路は、命令コードバスを介して制御デバイスから制御信号を受信し、レジスタと ALU 加算器の動作を制御する信号に変換します。 ALU は、最後の桁の後にカンマが固定された 2 進情報、つまり 2 進整数のみに対して算術演算 (+、-、、:) を実行します。

2 進浮動小数点数および 2 進化 10 進数に対する演算の実行は、数学コプロセッサーまたは特別に設計されたプログラムを使用して実行されます。

マイクロプロセッサメモリは、小容量ですが非常に高速なメモリです (MPP へのアクセス時間、つまり、このメモリからの情報の検索、書き込み、読み取りに必要な時間はナノ秒単位で測定されます)。これは、計算に関与するマシンの次の動作サイクル中に情報を直接短期間保存、記録、出力することを目的としています。 MPP はマシンの高速性を確保するために使用されます。これは、メインの MPP では、高速マイクロプロセッサの効率的な動作に必要な情報の書き込み、検索、読み取りの速度が常に提供できるわけではないためです。マイクロプロセッサのメモリは、少なくともマシンワードの幅を持つ高速レジスタで構成されます。マイクロプロセッサごとにレジスタの数と幅は異なります。

マイクロプロセッサのレジスタは、汎用レジスタと特殊レジスタに分かれています。特殊レジスタは、さまざまなアドレス（コマンドアドレスなど）、演算結果の符号やPCの動作モード（フラグレジスタなど）などを格納するために使用されます。汎用レジスタは汎用であり、あらゆる情報を格納するために使用できます。 , しかし、それらの中には、いくつかの手順を実行するときに関与する必要があるものもあります。

MP のインターフェイス部分は、MP と PC システムバスとの通信と調整、および実行プログラムのコマンドの受信と予備分析、およびオペランドとコマンドの完全なアドレスの生成を目的としています。

インターフェース部には、MP のアドレスレジスタ、アドレス生成ユニット、MP 内のコマンドバッファであるコマンドレジスタブロック、MP の内部インターフェースバス、バスや入出力ポートの制御回路が含まれます。

I/O ポートは、MP が他のデバイスと情報を交換する PC システムインターフェイスのポイントです。 MP は合計 65536 のポートを持つことができ、各ポートにはアドレスがあります。ポート番号は、このポートを使用する I/O デバイスの一部であり、コンピュータのメインメモリの一部ではないメモリセルのアドレスに対応します。デバイスポートには、データ交換と制御情報交換のためのインターフェイス機器と 2 つのメモリレジスタが含まれています。一部の外部デバイスは、交換される大量の情報を保存するためにメインメモリも使用します。多くの標準デバイス (HDD、フロートドライブ、キーボード、プリンタ、コプロセッサなど) には、入出力ポートが永続的に割り当てられています。

バスおよびポート制御回路は次の機能を実行します。

§ ポートアドレスとその制御情報を生成します（受信または送信するポートの切り替えなど）。

§ ポートから制御情報、ポートの準備状況とそのステータスに関する情報を受信します。

§ 入出力デバイスポートと MP 間のデータ用のシステムインターフェイスにおけるエンドツーエンドチャネルの組織。

バスおよびポート制御回路は、命令、アドレス、およびシステムバスデータのコードバスを使用してポートと通信します。ポートにアクセスすると、MP は CSA 経由で信号を送信し、CSA 上のアドレスがすべての I/O デバイスに通知されます。はポートのアドレスであり、ポートアドレス自体を送信します。ポートアドレスが一致した機器は準備完了を応答し、CAS経由でデータ交換が行われます。

PCブロックの動作シーケンス

プログラムは PC の外部メモリに保存されます。プログラムを開始するとき、ユーザーはコンピュータのディスクオペレーティングシステム (DOS - Disc Operation System) に対してプログラムの実行を要求します。ユーザープロンプトは、表示画面上のコマンドラインに実行可能プログラムの名前を入力することです。メインプログラム DOS-Command.com は、マシン (実行可能) プログラムを外部メモリから RAM に確実に書き換えます。RAM には、このプログラムの先頭 (最初のコマンド) が含まれています。

この後、プログラムコマンドが次々に自動的に実行を開始します。各プログラムは、その実行に数サイクルのマシン動作を必要とします (サイクルは、クロックパルスジェネレーターからのパルスの周期によって決まります)。コマンド実行の最初のサイクルでは、コマンド自体のコードがアドレスカウンタレジスタに設定されたアドレスの RAM から読み取られ、このコードが制御デバイスのコマンドレジスタのブロックに書き込まれます。 2 回目以降の実行サイクルの内容は、コマンドレジスタのブロックに書き込まれたコマンドの解析結果によって決まります。つまり、特定のコマンドに依存します。

例。前述のマシンコマンドを実行する場合: SL 0103 5102。

次のアクションが実行されます。

§ 2 番目のサイクル: RAM セル 0103 から最初の項を読み取り、それを ALU に移動します。

§ 第３サイクル：ＲＡＭセル５１０２から第２項を読み取り、それをＡＬＵに移動する。

§ 4 番目のサイクル: そこに転送された数値を ALU に加算し、合計を計算します。

§ 5 番目のサイクル: ALU から数値の合計を読み取り、セル 0103 に書き込みます。

コマンド実行の最後の (この場合は 5 回目) サイクルの終了時に、実行されたプログラムコマンドのコードが占有するバイト数に等しい数値が MPP コマンドアドレスのレジスタカウンタに追加されます。 RAM の 1 つのメモリセルの容量は 1 バイトで、RAM 内のプログラムコマンドは順番に配置されるため、マシンプログラムの次のコマンドのアドレスがコマンドアドレスカウンタレジスタに生成され、マシンは実行を開始します。コマンドはプログラム全体が完了するまで順番に実行されます。プログラムが完了すると、制御はオペレーティングシステムの Command.com プログラムに戻ります。

PCストレージデバイス

コンピュータのメモリはバイナリの記憶要素、つまりバイトと呼ばれる 8 ビットのグループに結合されたビットから構築されます。（記憶単位は情報単位と同じです。）すべてのバイトには番号が付けられます。バイトの番号はそのアドレスと呼ばれます。バイトはワードとも呼ばれるセルに結合できます。各コンピュータには特定のワード長 (2 バイト、4 バイト、または 8 バイト) があります。これは、異なる長さのメモリセル (ハーフワード、ダブルワードなど) の使用を妨げるものではありません。通常、1 つのマシンワードは 1 つの整数または 1 つの命令を表すことができます。ただし、情報を表示するための可変形式は許可されます。

表1。

4 バイトコンピュータ用にメモリをワードに分割します。

バイト0	バイト1	バイト2	バイト3	バイト4	バイト5	バイト6	バイト7
半語		半語		半語		半語
言葉				言葉
ダブルワード

メモリ容量のより大きな派生単位であるキロバイト、メガバイト、ギガバイト、さらに最近ではテラバイト、ペタバイトも広く使用されています。

現代のコンピュータにはさまざまなストレージデバイスがあり、目的、タイミング特性、保存される情報の量、および同じ量の情報を保存するコストが大きく異なります。メモリには主に 2 つのタイプがあります - 内部メモリと外部メモリです。内部メモリはRAM、キャッシュメモリ、特殊メモリで構成されます。

ランダムアクセスメモリ (RAM、英語の RAM、ランダムアクセスメモリ - ランダムアクセスメモリ) は、それほど大容量ではない高速記憶装置で、プロセッサに直接接続され、実行可能プログラムとこれらのプログラムによって処理されたデータを記録、読み取り、保存するために設計されています。

マシンの電源を切ると RAM にあった内容はすべて失われるため、RAM はデータとプログラムの一時的な保存にのみ使用されます。 RAM 要素へのアクセスは直接です。これは、メモリの各バイトが独自の個別のアドレスを持つことを意味します。 RAM の量は通常 32 ～ 512 MB ですが、最新のソフトウェアを効率的に動作させるには、少なくとも 256 MB の RAM を搭載することが望ましいです。通常、RAM は統合 DRAM メモリチップ (ダイナミック RAM) から作られます。 DRAM チップは他のタイプのメモリよりも速度が遅いですが、コストは安くなります。

DRAM の各ビットの情報は、半導体結晶の構造内に形成された小さなコンデンサの電荷として保存されます。漏れ電流により、このようなコンデンサはすぐに放電され、特別なデバイスによって定期的に (約 2 ミリ秒ごとに) 再充電されます。このプロセスはメモリの再生成 (Refresh Memory) と呼ばれます。最新の超小型回路の容量は 1 ～ 16 Mbit 以上です。これらはケースに取り付けられ、メモリモジュールに組み立てられます。

最も一般的なモジュールのタイプは DIMM と SIMM です。 SIMM モジュールでは、メモリ要素が長さ約 10 cm の小さなプリント基板上に組み立てられていますが、そのようなモジュールの容量は 256 KB、1、2、4、8、16、32、64 MB と同じではありません。 SIMM が異なれば、チップの数も異なります (9 個、3 個、または 1 個)、ピンの数も異なります (30 または 72 個)。

メモリモジュールの重要な特性はデータアクセス時間で、通常は 60 ～ 80 ナノ秒です。

現在、SIMM は実際には使用されていません。これらは DIMM に置き換えられ、DIMM は DDR および RIMM に置き換えられていますが、DIMM と比較するとコストがわずかに高く、それに応じて交換速度も向上しています。

キャッシュ (ウルトラランダムアクセスメモリ) は、マイクロプロセッサと RAM の間でデータを交換する際に、プロセッサとやや遅い RAM の間の情報処理速度の差を補うために使用される、非常に高速かつ小容量のメモリです。

キャッシュメモリは特別なデバイス、つまりコントローラによって制御されます。コントローラは、実行中のプログラムを分析することによって、近い将来プロセッサが必要とする可能性が最も高いデータとコマンドを予測し、それらをキャッシュメモリに送り込みます。この場合、「ヒット」と「ミス」の両方が考えられます。ヒットの場合、つまり必要なデータがキャッシュに送り込まれた場合、そのデータは遅延なくメモリから取得されます。必要な情報がキャッシュにない場合、プロセッサは RAM から直接情報を読み取ります。キャッシュの有効性は、ヒットとミスの比率によって決まります。

キャッシュメモリは SRAM (スタティック RAM) チップ上に実装されています。SRAM (スタティック RAM) チップは、DRAM よりも高速で、より高価で、容量が小さいです。最新のマイクロプロセッサには、8 ～ 16 KB のサイズのキャッシュメモリ (いわゆる 1 次キャッシュ) が内蔵されています。さらに、64 KB ～ 256 KB 以上の容量を持つ 2 次キャッシュをコンピュータのマザーボードに取り付けることができます。

特殊なメモリデバイスには、読み取り専用メモリ (ROM)、再プログラム可能な読み取り専用メモリ (フラッシュメモリ)、バッテリ駆動の CMOS RAM、ビデオメモリ、およびその他の種類のメモリが含まれます。

読み取り専用メモリ (ROM、読み取り専用メモリ) は、変更する必要のないデータを保存するために使用される不揮発性メモリです。メモリの内容は、永久保存のために製造中にデバイスに特別に「配線」されます。 ROMは読み出しのみ可能です。再プログラム可能な読み取り専用メモリ (フラッシュメモリ) は、フロッピーディスクから何度でも書き換えることができる不揮発性メモリです。

まず、プロセッサ自体の動作を制御するプログラムを永続メモリに書き込む。 ROMには、ディスプレイ、キーボード、プリンタ、外部メモリを制御するためのプログラム、コンピュータを起動および停止するためのプログラム、およびテストデバイスが含まれています。

最も重要な永久メモリチップまたはフラッシュメモリチップは BIOS モジュールです。 BIOS (Basic Input/Output System - 基本入出力システム) は、以下のために設計されたプログラムのセットです。

§ コンピュータの電源を入れた後のデバイスの自動テスト。

§ オペレーティングシステムを RAM にロードします。

BIOS の役割は 2 つあります。1 つはハードウェアの不可欠な要素 (ハードウェア) であり、もう 1 つはオペレーティングシステムの重要なモジュール (ソフトウェア) です。

CMOS RAM は、バッテリー消費が最小限の低速メモリです。コンピューターハードウェアの構成と構成、およびその動作モードに関する情報を保存するために使用されます。 CMOS の内容は、BIOS にある特別なセットアッププログラム (英語のセットアップ - インストール、「セットアップ」と読みます) によって変更されます。

ビデオメモリはグラフィック情報を保存するために使用されます。ビデオメモリ (VRAM) は、エンコードされた画像が保存されるランダムアクセスメモリの一種です。このメモリは、プロセッサとディスプレイという 2 つのデバイスでその内容を同時に利用できるように構成されています。したがって、メモリ上のビデオデータの更新と同時に画面上の画像も変化します。

外部メモリ (ERAM) は、プログラムやデータを長期保存できるように設計されており、その内容の完全性はコンピュータの電源がオンかオフかに依存しません。 RAM とは異なり、外部メモリはプロセッサと直接接続されていません。コンピュータの外部メモリには次のものが含まれます。

§ ハード・ディスク・ドライブ;

§ フロッピーディスクドライブ。

§ CD ドライブ。

§ 光磁気 CD ドライブ。

§ 磁気テープドライブ（ストリーマ）など

フロッピーディスクまたはフロッピーディスクは、少量の情報を保存するためのデバイスで、保護シェルに入った柔軟なプラスチックディスクです。あるコンピュータから別のコンピュータにデータを転送したり、ソフトウェアを配布したりするために使用されます。フロッピーディスクは、両面が磁性酸化物でコーティングされた円形のポリマー基板で構成され、内面にクリーニングコーティングが施されたプラスチックパッケージに入れられています。パッケージには、ドライブの読み取り/書き込みヘッドがディスクにアクセスするための放射状スロットが両側にあります。

磁気媒体にバイナリ情報を記録する方法は磁気コーディングと呼ばれます。それは、媒体内の磁区が、その N 極と S 極を伴って、印加磁場の方向に沿って経路に沿って整列しているという事実にあります。通常、バイナリ情報と磁区の向きの間には 1 対 1 の対応関係が確立されます。情報は同心円状のトラック (トラック) に沿って記録され、セクターに分割されます。トラックとセクタの数は、フロッピーディスクの種類とフォーマットによって異なります。セクターには、ディスクに書き込みまたはディスクから読み取ることができる最小限の情報が保存されます。セクター容量は一定で、512 バイトになります。

フロッピーディスクには、360 キロバイトから 2.88 メガバイトまでの情報を保存できます。現在、最も広く使用されているフロッピーディスクの特徴は、直径 3.5 インチ (89 mm)、容量 1.44 MB、トラック数 - 80、トラック上のセクタ数 - 18 です。

フロッピーディスクはフロッピーディスクドライブに挿入され、自動的に固定され、ドライブ機構が 360 rpm の回転速度まで回転します。フロッピーディスク自体はドライブ内で回転しますが、磁気ヘッドは静止したままです。フロッピーディスクはアクセス時のみ回転します。ドライブはフロッピーディスクコントローラを介してプロセッサに接続されています。

フロッピーディスクがコンピュータ間でデータを転送する手段であるとすれば、ハードディスクはコンピュータの情報倉庫です。ハード磁気ディスクドライブ (HDD - ハードディスクドライブ) またはハードドライブは、最も普及している大容量記憶装置であり、情報担体は円形のアルミニウムプレート (プラッター) であり、その両面が磁性材料の層で覆われています。。プログラムやデータなどの情報を永久に保存するために使用されます。

米。 1. ハウジングカバーを取り外したハードドライブ。

フロッピーディスクと同様に、プラッタの作業面は円形の同心トラックに分割され、トラックはセクタに分割されます。読み取り/書き込みヘッドは、その支持構造およびディスクとともに、データモジュールと呼ばれる気密封止されたハウジングに封入されています。データモジュールがディスクドライブにインストールされると、精製された冷却空気を送り込むシステムに自動的に接続されます。

プラッターの表面には、厚さわずか 1.1 ミクロンの磁気コーティングと、移動中にヘッドを上げ下げする際の損傷からヘッドを保護する潤滑剤の層が施されています。プラッターが回転すると、その上に空気層が形成され、ヘッドがディスク表面から 0.5 ミクロンの高さでぶら下がるエアクッションとなります。

ウィンチェスタードライブの容量は非常に大きく、数百メガバイトから数十 GB、さらには数百 GB まであります。最新のモデルでは、スピンドル速度は 5600 ～ 7200 rpm に達し、平均データ検索時間は 10 ミリ秒、最大データ転送速度は最大 40 MB/秒です。フロッピーディスクとは異なり、ハードドライブは継続的に回転します。ハードドライブは、ハードドライブコントローラを介してプロセッサに接続されています。最新のドライブにはすべてキャッシュ (64 KB 以上) が組み込まれており、パフォーマンスが大幅に向上します。

米。 2. CD ドライブ。

CD-ROM は、直径 12 cm、厚さ 1.2 mm の透明ポリマーベースで構成されています。片面は薄いアルミニウム層で覆われ、ワニスの層で損傷から保護されています。二値情報は、凹部 (ピット) と主層 (ランド) の交互の配列によって表現されます。ディスクの半径に沿った 1 インチ (2.54 cm) に、情報を含む 16,000 のトラックがあります。比較のために、フロッピーディスクの半径 1 インチあたりのトラック数はわずか 96 です。 CDの容量は最大780MB。情報は工場出荷時にディスクに書き込まれ、変更することはできません。

CD-ROM の利点:

§ CD-ROM は物理的なサイズが小さいにもかかわらず、情報容量が大きいため、豊富な図解資料を備えた参照システムや教育施設で使用できます。フロッピーディスクとほぼ同じサイズの CD 1 枚の情報量は、フロッピーディスク約 500 枚分に相当します。

§ CD からの情報の読み取りは、ハードドライブの速度に匹敵する高速で行われます。

§ CD はシンプルで使いやすく、ほとんど磨耗しません。

§ CD はウイルスに感染しません。

§ CD-ROM 上の情報を誤って消去することはできません。

§ データストレージ (1 MB あたり) のコストは低くなっています。

磁気ディスクとは異なり、CD には多くの円形のトラックはありませんが、蓄音機レコードのようならせん状のトラックが 1 つあります。この点で、ディスクの回転角速度は一定ではありません。読み取り磁気ヘッドがディスクの中心に向かって移動するにつれて、直線的に減少します。

CD ROM を使用するには、CD-ROM ドライブ (CD-ROM ドライブ) をコンピュータに接続する必要があります。このドライブでは、通常のプレーヤーと同様に CD を交換できます。 CD-ROM ドライブは、CD-ROM プレーヤーまたは CD-ROM ドライブと呼ばれることがよくあります。

CD の「0」と「1」の文字が書かれている領域は、CD-ROM ドライブから送られるレーザー光の反射率が異なります。これらの違いはフォトセルによって検出され、信号全体が 0 と 1 の適切なシーケンスに変換されます。多くの CD-ROM ドライブは、通常のオーディオ CD を再生できます。これにより、コンピュータで作業しているユーザーはバックグラウンドで音楽を聴くことができます。

特殊コンパクトディスクに記録するための CD-RW には、650 ～ 700 Mb の CD-R と、650 ～ 700 Mb の繰り返し記録用の CD-RW があります。時間が経つと、CD-ROM はデジタルビデオディスク (DVD) に置き換わる可能性があります。これらのディスクは通常の CD と同じサイズですが、最大 28 GB のデータを保存できます。つまり、7 台以上の標準 CD-ROM ドライブを置き換えることができます。 DVD の容量はまもなく 48 GB に増加します。 DVD ディスクには 1、2、4 層があり、DVD ディスクを再生するには DVD-ROM が必要です。

光磁気CDストレージ C D-MO (コンパクトディスク - マグネトオプティカル)。ディスク C D-MO は録音に再利用できますが、従来の CD-ROM ドライブでは読み取れません。容量は128MBから2.6GBまで。 CD-R (Compact Disk Recordable) 記録ドライブは、通常の CD の読み取りに加えて、特殊な光ディスクに情報を記録することができます。容量650MB。 WARM (何度も書き込みと読み取り) ドライブを使用すると、複数回の書き込みと読み取りが可能になります。 WORM (Write Once, Read Manytimes) ドライブを使用すると、一度書き込み、何度でも読み取ることができます。 100 Mb ～ 2.2 Gb の容量のディスク上の ZIP および JAZZ ストレージ。

ストリーマー (英語のテープストリーマー) - 大量の情報をバックアップするためのデバイス。ここで使用するメディアは、1～2GB以上の容量を持つ磁気テープカセットです。ストリーマーを使用すると、小さな磁気テープカセットに大量の情報を記録できます。テープドライブに組み込まれているハードウェア圧縮ツールを使用すると、情報を記録する前に自動的に圧縮し、読み取り後に復元できるため、保存される情報の量が増加します。ストリーマーの欠点は、情報の記録、検索、読み取りの速度が比較的遅いことです。

最近、リムーバブルディスク上の記憶装置がますます使用されるようになり、記憶される情報の量が増加するだけでなく、コンピュータ間で情報を転送することも可能になります。リムーバブルディスクの容量は、数百 MB から数ギガバイトまであります。

基本的な PC 外部デバイス

キーボード

キーボードは、コンピュータに情報を入力し、制御信号を提供するために使用されます。これには、英数字キーの標準セットと、コントロールキー、ファンクションキー、カーソルキー、小さなテンキーなどの追加キーが含まれています。カーソルは、キーボードから入力された次の文字が表示される位置を示すモニター画面上の光る記号です。キーボードで入力されたすべての文字は、モニター上のカーソル位置に即座に表示されます。

現在最も一般的なキーボードは、QWERTY キーレイアウト (「クエルティ」と読みます) の 101 キーキーボードです。この名前は、キーボードの英数字部分の左上の列にあるキーにちなんで付けられています。このキーボードには、上端に沿って 12 個のファンクションキーがあります。ファンクションキーを押すと、1 文字だけでなく文字セット全体がコンピュータに送信されます。ファンクションキーはユーザーがプログラムできます。たとえば、多くのプログラムでは、F1 キーはヘルプ (ヒント) を表示するために使用され、F10 キーはプログラムを終了するために使用されます。

制御キーには次の目的があります。

§ Enter - Enter キー;

§ Esc (エスケープ - 終了) キーは、アクションをキャンセルし、プログラムやメニューなどを終了します。

§ Ctrl と Alt - これらのキーには独立した意味はありませんが、他の制御キーと一緒に押すと動作が変わります。

§ Shift (大文字と小文字) - キーの大文字と小文字を変更します (上から下、またはその逆)。

§ 挿入 (挿入) - 挿入モード (新しい文字が入力済みの文字の真ん中に入力され、文字が離れていく) と置換モード (古い文字が新しい文字に置き換えられる) を切り替えます。

§ 削除 - カーソル位置から文字を削除します。

§ Back Space または - カーソルの前の文字を削除します。

§ Home と End - カーソルをそれぞれ行の最初と最後の位置に移動します。

§ Page Up と Page Down - テキストをそれぞれ 1 ページ (1 画面) 前後に移動します。

§ Tab - タブキーは、次のタブストップまでカーソルを一度にいくつかの位置に右に移動します。

§ Caps Lock - 大文字をロックし、小文字の代わりに大文字を入力できるようにします。

§ Print Screen - 現在画面に表示されている情報を印刷します。

名前のない一番下の長いキーはスペースを入力するためのものです。

小さなテンキーパッドは、数字の入力とカーソルの制御という 2 つのモードで使用されます。これらのモード間の切り替えは、Num Lock キーを使用して行われます。

キーボードには、次の機能を実行するマイクロコントローラー (ローカル制御デバイス) が内蔵されています。

§ キーを順次ポーリングし、入力された信号を読み取り、キーのバイナリスキャンコードを生成します。

§ キーボードのインジケータライトを制御します。

§ 障害の内部診断を実行します。

§ を介して中央プロセッサと通信します。 I/Oポートキーボード。

キーボードには、入力された文字が配置される小さな中間メモリであるバッファが組み込まれています。バッファがオーバーフローした場合、キーを押すと音声信号が発生します。これは、文字が入力されなかった（拒否された）ことを意味します。キーボードは、BIOS に組み込まれている特別なプログラムによってサポートされています。キーボードドライバー、ロシア語の文字を入力したり、キーボードの速度を制御したりする機能を提供します。

コンピュータビデオシステム

コンピュータビデオシステムは、次の 3 つのコンポーネントで構成されます。

§ モニター（ディスプレイとも呼ばれます）。

§ ビデオアダプター。

§ ソフトウェア (ビデオシステムドライバー)。

ビデオアダプタは、光線の輝度制御信号と水平および垂直走査信号をモニタに送信します。モニターはこれらの信号を視覚的な画像に変換します。そしてソフトウェアはビデオ画像を処理し、信号のエンコードとデコード、座標変換、画像圧縮などを実行します。

モニターは、情報（テキスト、表、写真、図などの形式）を視覚的に表示するためのデバイスです。モニターの大部分はブラウン管 (CRT) に基づいて設計されており、その動作原理はテレビの動作原理と似ています。モニターは英数字とグラフィック、モノクロとカラーです。最近のコンピュータには通常、カラーグラフィックモニタが装備されています。

ディスプレイの主要な要素はブラウン管です。観察者に面するその前面部分の内側は、高速電子が当たると発光する特殊な物質である蛍光体でコーティングされています。蛍光体は、赤、緑、青の 3 つの原色のドットのセットの形で適用されます。これらの色は、その組み合わせ (さまざまな比率) でスペクトル内のあらゆる色を表すことができるため、原色と呼ばれます。蛍光体ドットのセットは三角形のトライアドに配置されます。トライアドはピクセル、つまり画像が形成される点（英語のピクセル - 絵素、絵素）を形成します。ピクセルの中心間の距離は、モニターのドットピッチと呼ばれます。この距離は画像の鮮明さに大きく影響します。ステップが小さいほど、明瞭度が高くなります。通常、カラーモニターのピッチは 0.24 mm です。このステップにより、人間の目はトライアドの点を「複雑な」色の 1 つの点として認識します。

管の反対側には (原色の数に応じて) 3 つの電子銃があります。 3 つの銃はすべて同じピクセルに「向けられ」ますが、それぞれが「その」蛍光点に向かって電子の流れを放出します。電子が妨げられることなくスクリーンに到達するために、チューブから空気が汲み出され、銃とスクリーンの間に高電圧が発生して電子が加速されます。

マスクは、スクリーンの前の電子の経路に配置されます。これは、蛍光点の反対側に位置する多数の穴を持つ薄い金属板です。マスクは、電子ビームが対応する色の蛍光点のみに当たることを保証します。銃の電子電流の大きさ、つまりピクセルの明るさは、ビデオアダプターからの信号によって制御されます。

米。 3. 画面上の電子ビームの進行。

フラスコの電子銃が配置されている部分にはモニター偏向システムが設置されており、これにより電子ビームがすべてのピクセルを 1 行ずつ上から下に通過し、その後最初の位置に戻ります。トップラインなど

1 秒あたりに表示されるライン数は水平走査速度と呼ばれます。そして、画像フレームが変化する頻度をフレームレートと呼びます。後者は 60 Hz 未満であってはなりません。そうでない場合、画像がちらつきます。

従来の CRT モニターに加えて、フラットパネル液晶 (LCD) モニターの使用が増えています。液晶は一部の有機物質の特殊な状態であり、流動性を持ち、結晶と同様の空間構造を形成する能力を持っています。液晶は、電圧の影響下でその構造と光光学特性を変化させることができます。電場を利用して結晶群の向きを変え、電場の影響下で発光する物質を液晶溶液に導入することで、1,500万色以上の色合いを伝える高品質な画像を作成することが可能です。。

ほとんどの LCD モニターは、2 枚のガラス板の間に挟まれた液晶の薄いフィルムを使用しています。電荷は、いわゆるパッシブマトリックス（目に見えない糸の水平方向と垂直方向のグリッド）を介して伝達され、糸の交差点に像点が作成されます（電荷が液体の隣接する領域に浸透するため、多少ぼやけています）。

アクティブマトリックスは、フィラメントの代わりにトランジスタの透明なスクリーンを使用し、明るく実質的に歪みのない画像を提供します。パネルは 308,160 (642x480) の独立したセルに分割されており、各セルは 4 つの部分 (3 つの原色と 1 つの予備色) で構成されています。したがって、画面には約 125 万個のドットがあり、それぞれが独自のトランジスタによって制御されます。

コンパクトさの点では、このようなモニターに匹敵するものはありません。 CRT モニターよりも占有スペースが 2 ～ 3 分の 1 で、同じ量軽量です。消費電力が大幅に少なく、人の健康に影響を与える電磁波も放出しません。

モニターの種類はタッチスクリーンです。ここでは、感応画面上の特定の場所を指でタッチすることによって、コンピューターとの通信が行われます。モニター画面に表示されるメニューから必要なモードを選択します。メニューは、モニター画面に表示されるさまざまなコンピューター操作オプションのリストであり、そこから特定の選択を行うことができます。オペレーターとディスパッチャーの職場にはタッチスクリーンが装備されており、情報システムや参照システムなどに使用されます。

ビデオアダプタは、ビデオデータ (テキストとグラフィックス) を処理し、ディスプレイの動作を制御する電子ボードです。ビデオメモリ、入出力レジスタ、BIOS モジュールが含まれています。光線輝度制御信号と画像走査信号をディスプレイに送信します。現在最も一般的なビデオアダプタは SVGA (Super Video Graphics Array) アダプタで、ディスプレイ画面上に 256 色で 1280x1024 ピクセル、および 1600 ～ 3200 万色で 1024x768 ピクセルを表示できます。

従来のビデオアダプタに加えて、複雑なグラフィックスやビデオを使用するアプリケーションの数が増加するにつれて、さまざまなコンピュータビデオ信号処理デバイスが広く使用されています。

§ グラフィックアクセラレータ (アクセラレータ) は、ビデオシステムの効率を向上させる特殊なグラフィックコプロセッサです。これらを使用すると、アクセラレータが画面上に表示するピクセルとその色を独立して計算するため、中央プロセッサがビデオデータの大量の操作から解放されます。

§ フレームグラバー。VCR、カメラ、レーザープレーヤーなどからのビデオ信号をコンピューター画面に表示して、目的のフレームをメモリにキャプチャし、ファイルとして保存できます。

§ TV チューナーは、コンピュータを TV に変えるビデオカードです。 TV チューナーを使用すると、任意のテレビ番組を選択し、それをスケーラブルなウィンドウの画面に表示できます。こうすることで、作業を停止することなく転送の進行状況を監視できます。

オーディオアダプター (Sound Blaster またはサウンドカード) は、マイク、ヘッドフォン、スピーカー、内蔵シンセサイザー、その他の機器を使用して、サウンドの録音、再生、ソフトウェアでの作成を可能にする特別な電子ボードです。オーディオアダプターには 2 つの情報コンバーターが含まれています。

§ アナログ - デジタル。連続的な、つまりアナログの音声信号 (音声、音楽、ノイズ) をデジタルバイナリコードに変換し、磁気媒体に記録します。

§ デジタル - アナログ。デジタルで保存されたオーディオをアナログ信号に逆変換し、スピーカーシステム、サウンドシンセサイザー、またはヘッドフォンを使用して再生します。

プロフェッショナルサウンドカードを使用すると、複雑なサウンド処理を実行したり、ステレオサウンドを提供したり、さまざまな楽器の数百のトーンが保存された独自の ROM を備えたりすることができます。

通常、サウンドファイルは非常に大きくなります。したがって、ステレオサウンドの 3 分間のオーディオファイルは約 30 MB のメモリを占有します。したがって、Sound Blaster カードは、その基本機能に加えて、自動ファイル圧縮を提供します。

サウンドカードの適用範囲は、コンピュータゲーム、教育用ソフトウェアシステム、広告プレゼンテーション、コンピュータ間の「ボイスメール」、たとえばプリンタの用紙不足など、コンピュータ機器内で発生するさまざまなプロセスの音声などです。

モデム

モデムは、電話回線を介してコンピュータデータを長距離送信するためのデバイスです。コンピュータによって生成されたデジタル信号は、人間の音声 (連続可聴周波信号) を伝送するように設計されているため、電話ネットワークを介して直接送信することはできません。モデムは、コンピュータのデジタル信号をオーディオ周波数の交流に変換します。このプロセスは変調と呼ばれ、逆変換は復調と呼ばれます。したがって、デバイスの名前は「モデム - 変調器/復調器」です。

通信するには、一方のモデムが電話番号でもう一方のモデムに電話をかけ、後者がその通話に応答します。次に、モデムは相互に信号を送信し、両方に適した通信モードに同意します。次に、送信側モデムは、合意されたレート (ビット/秒) とフォーマットで変調されたデータの送信を開始します。もう一方の端のモデムは、受信した情報をデジタル形式に変換し、そのコンピュータに送信します。通信セッションが完了すると、モデムは回線から切断されます。

モデムは特別なスイッチングソフトウェアを使用して制御されます。モデムには、別個のデバイスの形で作られた外部モデムと、コンピュータ内部に取り付けられた電子基板である内部モデムがあります。ほとんどすべてのモデムは FAX 機能もサポートしています。

ファックスは、電話ネットワークを介してファクシミリ画像を送信するためのデバイスです。「ファックス」という名前は、「ファクシミリ」（ラテン語のファクシミリ - このようなことをする）という言葉に由来しており、印刷によるグラフィックのオリジナル（署名、文書など）の正確な複製を意味します。 FAX のようにデータを送受信できるモデムを FAX モデムといいます。

マニピュレーター

マニピュレータ (マウス、ジョイスティックなど) は、カーソルを制御するために使用される特別なデバイスです。マウスは手のひらにすっぽり収まる小さな箱のように見えます。マウスは特別なブロックであるアダプターを介してケーブルでコンピューターに接続され、その動きがディスプレイ画面上の対応するカーソルの動きに変換されます。デバイスの上部にはコントロールボタン (通常は 3 つ) があり、動作の開始と終了の設定、メニューの選択などを行うことができます。

ジョイスティックは通常ペンロッドであり、垂直位置からのずれにより、モニター画面上の対応する方向へのカーソルの移動が生じます。コンピューターゲームでよく使われます。一部のモデルでは、ジョイスティックに圧力センサーが取り付けられています。この場合、ユーザーがハンドルを強く押すほど、カーソルが表示画面上で速く移動します。

トラックボールは、本体上部にボールが組み込まれた小さな箱です。ユーザーは手でボールを回転させ、それに応じてカーソルを動かします。トラックボールはマウスとは異なり、コンピューターの近くに空きスペースを必要とせず、マシンの本体に組み込むことができます。

デジタイザーは、完成した画像 (図面、地図) をデジタル形式に変換するためのデバイスです。これは、テーブル上にあるフラットパネルであるタブレットと、タブレット上の位置を示す特別なツールであるペンで構成されています。タブレット上でペンを動かすと、その座標が近くの点で記録され、コンピューター内で必要な測定単位に変換されます。

プリンター

プリンタ (印刷装置) は、コンピュータからデータを出力し、ASCII 情報コードを対応するグラフィック記号 (文字、数字、記号など) に変換し、これらの記号を紙に定着させるための装置です。プリンターは PC デバイスの中で最も開発されたグループであり、その数は最大 1000 種類に達します。プリンターはさまざまな点で互いに異なります。

§ カラー（白黒とカラー）。

§ 文字の形成方法（文字印刷および文字合成）。

§ 動作原理 (マトリックス、サーマル、インクジェット、レーザー);

§ 印刷方法（ストレスあり、ストレスなし）およびライン形成（シーケンシャル、パラレル）。

§ キャリッジ幅 (幅広 (375 ～ 450 mm) および狭幅 (250 mm) のキャリッジを使用)。

§ 印刷される行の長さ (80 文字と 132 ～ 136 文字)。

§ 文字セット (完全な ASCII 文字セットまで);

§ 印刷速度。

§ 解像度の場合、最も一般的な測定単位は dpi (1 インチあたりのドット数)、つまり 1 インチあたりのドット数です。

多数のグループ内で、いくつかのタイプのプリンタを区別できます。例えば、PC で広く使用されているマトリックス文字合成プリンタは、その動作原理に基づいて、インパクト式、サーモグラフィー式、エレクトログラフィック式、静電式、マグネトグラフィック式などがあります。インパクト式プリンターの中には、文字、球形、花びら (デイジー型)、ニードル (マトリックス) などがあります。）などがよく使われます。

プリンタは、文字ごと、行ごと、またはページごとに印刷できます。印刷速度は 10 ～ 300 文字/秒 (インパクトプリンタ) から 500 ～ 1000 文字/秒、さらには毎分数十 (最大 20) ページ (インパクトレスレーザープリンタ) まで変化します。解像度 - 3 ～ 5 ドット/ミリメートルから 30 ～ 40 ドット/ミリメートル (レーザープリンタ)。

多くのプリンタでは、グラフィック情報 (擬似グラフィック文字を使用) を効率的に出力できます。サービス印刷モード。密印刷、倍幅印刷、下線印刷、上付き・下付き印刷、強調印刷（各文字を2回印刷）、ダブルパス印刷（文字を少しずらして2回目印刷）、多色印刷（上付き） 100 の異なる色と色合い) 印刷。

ドットマトリクスプリンタでは、画像はドットから形成されます。ドットマトリックスプリンタは、テキストとグラフィックの 2 つのモードで動作できます。テキストモードでは、文字コードがプリンタに送信され、プリンタの文字ジェネレータから選択された文字のアウトラインが印刷されます。グラフィックスモードでは、画像ドットの順序と位置を決定するコードがプリンタに送信されます。

ニードル（インパクト）ドットマトリックスプリンタでは、細い針を使用してインクリボンを通して紙にドットを印刷します。各針は独自の電磁石によって制御されます。印刷ユニットが水平に移動し、その行の文字が順番に印刷されます。多くのプリンタは、順方向ストロークと逆方向ストロークの両方で印刷します。プリントヘッドのピンの数によって印刷品質が決まります。安価なプリンタには 9 ピンがあります。このようなプリンタの文字マトリクスのサイズは 7x9 または 9x9 ピクセルです。より高度なドットマトリックスプリンタには、18 本または 24 本の針が付いています。

ドットマトリクスプリンタの印刷品質は、印刷プロセス中にプリントヘッドの数回のパスで部分的に重複してドットを出力する能力によっても決まります。テキスト印刷には、一般に、異なる印刷品質を特徴とする次のモードがあります。

§ ドラフトモード (ドラフト);

§ 活字に近い印刷モード (NLQ - Near-Letter-Quality)。

§ 活版印刷品質 (LQ - Letter-Quality) のモード。

§ スーパー品質モード (SLQ - Super Letter-Qubility)。

注記。LQ および SLQ モードは、インクジェットプリンタとレーザープリンタでのみサポートされています。

針の数が異なるプリンターでは、これらのモードの実装方法が異なります。 9 ピンプリンタでは、ドラフト印刷はラインに沿ったプリントヘッドの 1 回のパスで実行されます。これは最も高速な印刷モードですが、品質は最も低くなります。 NLQ モードは 2 つのパスで実装されます。ヘッドの最初のパスの後、紙はドットのサイズの半分に相当する距離まで引かれます。次に、点が部分的に重なった状態で 2 番目のパスが実行されます。これにより、印刷速度が半分に低下します。

ドットマトリックスプリンタは通常、ローマン (小さなタイプライターフォント)、イタリック (斜体)、ボールドフェイス (太字)、エキスパンド (伸長)、エリート (半圧縮)、コンデンス (圧縮)、ピカなど、いくつかのフォントとその種類をサポートしています。 (ストレートフォント - シセロ)、クーリエ (宅配便)、サンセリフ (チョップドセンセリフフォント)、セリフ (セリフ)、プレステージエリート (プレステージエリート)、およびプロポーショナルフォント (文字に割り当てられるフィールドの幅は文字の幅によって異なります) 。

ドットマトリックスプリンタの動作モードの切り替えとフォントの変更は、デバイス上で使用可能なキーを押すか、それに応じてスイッチを設定することにより、ソフトウェアとハードウェアの両方で行うことができます。

ドラフトモードでテキストを印刷する場合のマトリックスプリンターのパフォーマンスは 100 ～ 300 文字/秒の範囲にあり、これは 1 分あたり約 2 ページに相当します (シート交換を含む)。

レーザープリンタは、同じ名前のコピー機で使用されている電子写真方式の画像形成を使用します。レーザーは、事前に帯電された感光ドラムの表面に目に見えないドット電子画像の輪郭を描く極細の光ビームを作成するために使用されます。レーザーによって照射されたドラム表面の点から電荷が流れます。ビーム。放電領域に付着した染料（トナー）粉末で電子画像を現像した後、印刷が実行されます。トナーがドラムから紙に転写され、トナーが溶けるまで加熱することで画像が紙に定着します。

レーザープリンタは、最大 50 ドット/mm (1200 dpi) の解像度と最大 1000 文字/秒の印刷速度で最高品質の印刷を提供します。カラーレーザープリンタは広く使用されています。たとえば、Tektronix (USA) の Phaser 550 レーザープリンタの水平および垂直解像度は 1200 dpi です。カラー印刷速度は A4 で 5 ページ/分、モノクロ印刷速度は 14 ppm です。

プリンタは、パラレルポートとシリアルポートの両方を介して MP に接続できます。パラレルポートは、パラレルプリンタを接続するために使用されます (情報を一度に 1 バイトずつ受信します)。たとえば、セントロニクスなどのアダプターを使用すると、最大 3 台のプリンターを同時に接続できます。シリアルポート (2 個) は、アダプタータイプ R3-232C (接続 C2) など、順次動作する (一度に 1 ビットずつ情報を順次認識する) プリンターを接続するために使用されます。シリアルプリンターだからといって遅いわけではありません。ほとんどのプリンタはパラレルポートを使用します。

多くの高速プリンタには、最大数百キロバイトの容量を持つ独自のバッファメモリが搭載されています。結論として、最も人気のある PC プリンタ (シェアは少なくとも 30%) は日本の企業であるセイコーエプソンによって製造されていることに注意する必要があります。これらのプリンタで使用される制御言語 (ESC/P) は事実上の標準となっています。スターマイクロニクス、ヒューレットパッカード、ゼロックス、マンネスマン、シチズン、パナソニックなどのプリンタも広く使用されています。

インクジェットプリンタのプリントヘッドには、針の代わりに細いチューブ、つまりノズルがあり、そこから染料 (インク) の小さな液滴が紙上に噴射されます。これらはインパクトレス印刷デバイスです。プリントヘッドマトリックスには通常 12 ～ 64 個のノズルが含まれています。近年、その改良が大きく進み、最大 20 ドット/mm の解像度と最大 500 文字/秒の印刷速度を備え、レーザーの品質に迫る優れた印刷品質を実現するインクジェットプリンタが開発されました。印刷。カラーインクジェットプリンターもご利用いただけます。

マトリックスニードルプリンターに加えて、ニードルプリントヘッドの代わりにサーマルマトリックスヘッドを備え、印刷時に特殊な感熱紙またはサーマルカーボンを使用するマトリックスサーマルプリンターもあります (もちろん、これが大きな欠点です)。。

スキャナー

スキャナーは、紙の文書からコンピューターに情報を直接入力するためのデバイスです。テキスト、図、絵、グラフ、写真、その他のグラフィック情報を入力できます。スキャナは電子文書処理システムの最も重要な要素であり、あらゆる「電子デスク」に必要な要素です。活動結果をファイルに記録したり、自動画像認識システムを搭載したスキャナーを使って紙文書の情報をPCに入力したりすることで、オフィスのペーパーレス化を本格的に進めることができます。

スキャナは非常に多様であり、多くの基準に従って分類できます。スキャナーには白黒とカラーがあります。白黒スキャナは、ライン画像とグレースケール画像を読み取ることができます。線画像はハーフトーン、つまりグレーレベルを伝えません。グレースケールを使用すると、16、64、または 256 レベルのグレーを認識して送信できます。カラースキャナは、白黒原稿とカラー原稿の両方で動作します。最初のケースでは、ライン画像とグレースケール画像の両方を読み取るために使用できます。

カラースキャナは RGB カラーモデルを使用します。スキャンされた画像は、回転する RGB フィルタを通して、または連続して点灯する 3 つのカラーランプから照明されます。各原色に対応する信号は個別に処理されます。透過色の数は 256 ～ 65536 (High Color 標準)、最大 1670 万色 (True Color 標準) の範囲です。

スキャナの解像度は 75 ～ 1600 dpi (ドット/インチ) の範囲です。構造的に、スキャナーにはハンドヘルド型とデスクトップ型があります。テーブルトップは、タブレット、ローラー、プロジェクションに分けられます。ハンドヘルドスキャナは設計が最も単純で、手動で画像上を移動します。彼らの助けを借りて、1 回のパスで少数の画像ラインのみが入力されます (通常、キャプチャーは 105 mm を超えません)。ハンドヘルドスキャナには、許容スキャン速度を超えた場合にオペレータに警告するインジケータが付いています。これらのスキャナはサイズが小さく、低コストです。スキャン速度 5 ～ 50 mm/s (解像度による)。

スキャナーによってマシンのメモリ内に作成されるファイルは、ビットマップと呼ばれます。コンピュータファイルでグラフィック情報を表現するには、ラスター形式とベクター形式の 2 つの形式があります。ラスター形式では、グラフィックイメージは、表示画面に表示されるイメージのピクセルに対応する多数のドット (0 と 1) のモザイクセットとしてファイルに保存されます。標準のテキストプロセッサやグラフィックプロセッサは情報のモザイク表現を処理できないため、これらのプロセッサを使用してこのファイルを編集することはできません。テキスト形式では、情報はフォント、文字コード、段落などの特性によって識別されます。標準的なワードプロセッサは、まさにこの情報表現を扱うように設計されています。

また、ビットマップの保存には大量のメモリが必要であることにも留意してください。したがって、解像度 10 ドット/mm、ハーフトーン透過なしの A4 ドキュメント 1 枚 (204x297 mm) のビットマップ (線画) は約 1 MB のメモリを占有し、16 階調のグレーを再現する場合は 4 MB、高品質カラー画像 (Kigh Color 標準 - 65536 色) を再現する場合 - 16 MB。つまり、True Color 規格で解像度 50 ドット/mm を使用した場合、ビットマップを 1 枚も保存するには HDD の容量が足りない可能性があります。ビットマップの保存に必要なメモリ量の削減は、TIFF (タグイメージファイルフォーマット)、CT1FF (圧縮 TIFF)、JPEG、PCX、GIF (グラフィックス交換フォーマット) などのさまざまな情報圧縮方法を使用して実行されます。ビットマップには、指定された略語に対応する拡張子があります)。

最も好ましいのは、スキャナを OCR (光学文字認識) などの画像認識システムプログラムと組み合わせて使用することです。 OCR システムは、スキャナーが文書から読み取った文字 (文字と数字) のビット (モザイク) 輪郭を認識し、ASCII コードでエンコードして、テキストエディターに便利なベクトル形式に変換します。

一部の OCR システムでは、最初に認識のトレーニングを行う必要があります。つまり、認識された文字とそれに対応するコードのテンプレートとプロトタイプをスキャナーのメモリに入力します。異なるアルファベット (たとえば、ラテン語 (英語) とロシア語 - キリル文字) で同じスタイルを持つ文字や、フォントの異なる書体 (スタイル) を認識するときに問題が発生します。しかし、ほとんどのシステムはトレーニングを必要としません。認識された文字はすでにメモリに保存されています。したがって、最高の OCR ソフトウェアパッケージの 1 つである TIGER 2.0 には、30 種類の異なる書体のプロトタイプが含まれており、内蔵の電子辞書を使用して英語とロシア語の文字を認識します。

近年、Omnifont などのインテリジェントな画像認識プログラムが登場しました。これは、文字を点ではなく、文字のそれぞれに特徴的な個別のトポロジーによって認識します。画像認識システムがある場合、テキストはビットマップの形式ではなくコードの形式で PC のメモリに書き込まれ、通常のテキストエディタで編集できます。

スキャナは PC のパラレルポートに接続されています。スキャナーを使用するには、PC に特別なドライバー、できれば TWAIN 標準に準拠したドライバーが必要です。後者の場合、多数の TWAIN 互換スキャナで動作し、一般的なグラフィックエディタである Corel Draw、Max Mate、Picture Publisher、Adobe PhotoShop、Photo などの TWAIN 標準をサポートするプログラムでファイルを処理することができます。仕上げる。 FineReader テキスト認識。ほとんどのドライバーは、ローカルコンピューターの SCSI インターフェイスで動作するように設計されています。

参考文献

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大部分のコンピューターの設計は、1945 年に策定された一般原則に基づいています。 D. フォンノイマン、G. ゴールドスタイン、A. バークスは共同論文の中で、コンピューターの構築と操作に関する新しい原理を概説しました。その結果、最初の 2 世代のコンピューターは、これらの原則に基づいて製造されました。これらの原則の要点を以下に概説します。

コンピューターにおける 2 進数システムの使用。
コンピューターソフトウェア制御。
プログラムは、プログラムカウンタを使用してメモリから取得されます。
コンピュータのメモリは、データの保存だけでなくプログラムの保存にも使用されます。
アドレス指定の原理: コンピューターのメモリ要素には、連続した番号が付けられたアドレスがあります。
プログラム実行中の条件遷移の可能性。

これらの原理に基づいて構築されたコンピュータは、フォンノイマン型です。しかし、後者とは根本的に異なるコンピューターがあります。たとえば、プログラム制御の原理に従っていない場合があります。つまり、現在実行中のプログラムコマンドを示す「プログラムカウンタ」なしで動作する場合があります。これらのコンピュータは、メモリに保存されている変数にアクセスするために、変数に名前を付ける必要はありません。このようなコンピューターは、非ノイマンコンピューターと呼ばれます。

3.2 ノイマンマシンの動作原理

フォン・ノイマン機械- 記憶装置（メモリ） - メモリ、算術論理装置 - ALU、制御装置 - CU、および入出力デバイスで構成されるデバイス（図3.1）。

プログラムとデータは、入力装置から算術論理演算装置を介してメモリに入力されます。すべてのプログラムコマンドは隣接するメモリ要素に書き込まれ、処理するデータは任意のコンパートメントに含めることができます。どのプログラムでも、最後のコマンドはシャットダウンコマンドでなければなりません。

図 3.1 – フォン・ノイマン機械図

コマンドは、(特定のハードウェア上で可能な操作の中から) どの操作を実行する必要があるかの指示と、指定された操作を実行する必要があるデータが保存されているメモリ要素のアドレス、およびアドレスで構成されます。結果を書き込む必要があるセルの数 (結果をメモリに保存する必要がある場合)。

算術論理演算装置は、指定されたデータに対して命令によって指定された演算を実行します。

算術論理演算ユニットからの結果はメモリまたは出力デバイスに出力されます。メモリと出力デバイスの基本的な違いは、メモリではデータがコンピュータによる処理に便利な形式で保存され、出力デバイス (プリンタ、モニタなど) ではデータが次のような方法で受信されることです。人にとって便利な。

コントローラーはコンピューターのすべての部分を制御します。制御するデバイスから他のデバイスは「何をするか」という信号を受け取り、制御ユニットは他のデバイスからその状態に関する情報を受け取ります。

制御するデバイスには「プログラムカウンター」と呼ばれる特別なレジスタが含まれています。プログラムとデータをメモリにロードした後、プログラムの最初の命令のアドレスがプログラムカウンタに書き込まれます。コントロールユニットは、プログラムカウンタにあるアドレスを持つメモリ要素の内容をメモリから読み取り、それを特別なデバイスである「コマンドレジスタ」に置きます。制御ユニットはコマンドの動作を決定し、コマンドでアドレスが指定されているデータをメモリ内で「マーク」し、コマンドの実行を制御します。この演算は、ALU またはコンピューターハードウェアによって実行されます。

3.3 PC のアーキテクチャと構造

コンピュータアーキテクチャこれは、ユーザー、コマンドシステム、アドレス指定システム、メモリ構成などを対象としたプログラミング機能の説明を含む、ある一般的なレベルでの説明と呼ばれます。アーキテクチャは、プロセッサ、RAM、外部ストレージ、周辺機器など、コンピュータの主要な論理ノードの動作原理、情報接続および相互接続を決定します。さまざまなコンピュータの共通アーキテクチャにより、ユーザーの観点から互換性が保証されます。

コンピュータの構造は、その機能要素とそれらの間の接続のセットです。要素には、コンピューターの基本的な論理ノードから単純な回路まで、さまざまなデバイスを使用できます。コンピュータの構造はブロック図の形式でグラフィカルに表現され、これを利用してコンピュータを任意の詳細レベルで説明できます。

最も一般的なアーキテクチャ上のソリューションは次のとおりです (図 3.2)。

図 3.2 – 既存のタイプのコンピュータアーキテクチャ

古典的な建築(ノイマン型アーキテクチャ) - データフローが通過する 1 つの算術論理演算ユニット (ALU) と、コマンドフローが通過する 1 つの制御デバイス (CU) - プログラム。これはシングルプロセッサのコンピュータです。

コントローラは、周辺機器または通信チャネルを中央プロセッサに接続し、プロセッサがこの機器の動作を直接制御しないようにするデバイスです。

マルチプロセッサアーキテクチャ。コンピューター内に複数のプロセッサーが存在するということは、多くのデータストリームと多くのコマンドストリームを並行して編成できることを意味します。したがって、1 つのタスクの複数のフラグメントを並行して実行できます。共通の RAM といくつかのプロセッサを備えたこのようなマシンの構造を図 3.2 に示します。

マルチマシンコンピューティングシステム- コンピューティングシステムの一部であるいくつかのプロセッサには共通の RAM がありませんが、それぞれ独自の (ローカル) RAM があります。マルチマシンシステムの各コンピュータは古典的なアーキテクチャを備えており、このようなシステムは非常に広く使用されています。ただし、このようなコンピューティングシステムを使用する効果は、非常に特殊な構造を持つ問題を解決する場合にのみ得られます。問題は、システム内のコンピューターの数と同じ数の、緩やかに関連するサブタスクに分割する必要があります。マルチプロセッサおよびマルチマシンのコンピューティングシステムがシングルプロセッサのコンピューティングシステムよりも速度に優れていることは明らかです。

並列プロセッサを備えたアーキテクチャ。ここでは、複数の ALU が 1 つの制御ユニットの制御下で動作します。これは、1 つのプログラム、つまり 1 つのコマンドストリームで大量のデータを処理できることを意味します。このようなアーキテクチャの高いパフォーマンスは、同じ種類の異なるデータセットに対して同じ計算操作が同時に実行されるタスクでのみ実現できます。

3.4 コンピュータの構造

パソコン(PC) は、1 人のユーザー向けに設計された比較的安価なユニバーサルマイクロコンピューターです。パーソナルコンピューターは伝統的にオープンアーキテクチャの原則に基づいて設計されています。

オープンアーキテクチャ原則以下のとおりであります：

コンピュータの動作原理とその構成（特定のハードウェアのセットとそれらの間の接続）の説明のみが規制および標準化されています。したがって、コンピュータは、独立した製造業者によって設計および製造された個々のコンポーネントや部品から組み立てることができます。
コンピュータは、ユーザーが所定の規格を満たすあらゆる種類のデバイスを挿入できる内部拡張スロットの存在により、簡単に拡張およびアップグレードでき、それによって自分のマシンの構成を自分の利点に応じて設定できます。

コンピュータシステムの主な機能コンポーネントの関係を示す簡略化されたブロック図を図 3.3 に示します。

図 3.3 – パーソナルコンピュータの一般的な構造

インターフェイスは、すべての物理パラメータと論理パラメータが互いに一致する 2 つのデバイスを調整する手段です。

インターフェイスが一般に受け入れられている場合、たとえば国際協定のレベルで承認されている場合、それは標準と呼ばれます。各機能要素 (メモリ、モニター、またはその他のデバイス) は、特定のタイプのバス (アドレス、制御バス、またはデータバス) に関連付けられています。インターフェースを調整するために、周辺機器は直接ではなく、コントローラーを介してバスに接続されます。 (アダプター) とポートは、ほぼこのスキームに従っています (図 3.4)。

図 3.4 – デバイスとバスの接続図

コントローラーとアダプターは、インターフェイスの互換性を目的としてコンピューターデバイスに提供される電子回路のセットです。さらに、コントローラーはマイクロプロセッサーの要求に応じて周辺機器を直接制御します。

ポートは標準インターフェイスデバイスです。シリアル、パラレル、ゲームポート (またはインターフェイス) です。シリアルポートはプロセッサとバイト単位でデータを交換し、外部デバイスとビット単位でデータを交換します。パラレルポートは一度に 1 バイトずつデータを送受信します。

パーソナルコンピュータ (PC) のアーキテクチャには、PC とソフトウェアの構成を反映した構造が含まれます。

PC の構造は、その機能要素 (基本的な論理ユニットから最も単純な回路まで) とそれらの間の接続のセットです。

このアーキテクチャは、プロセッサ、ランダムアクセスメモリ、外部記憶装置、周辺装置などの PC の主要論理ノードの動作原理、情報接続、および相互接続を定義します。

最新のすべての PC を構築する基本原理はソフトウェア制御です。

古典的なフォン・ノイマン建築

1946 年、アメリカの数学者ジョンフォンノイマン、ハーマンゴールドスタイン、アーサーバークスは共同論文の中で、コンピューターの構築と操作に関する新しい原理を概説しました。これらの原則に基づいて、1 ドル世代と 2 ドル世代のコンピューターが製造されました。その後の世代ではいくつかの変化がありましたが、フォン・ノイマンの原則（と呼ばれていたもの）は残りました。

フォン・ノイマンの基本原則:

PC での 2 進数システムの使用。これにより、デバイスは 10 進数よりもはるかに簡単に算術演算および論理演算を実行できます。
PCソフトウェア制御。 PC の動作は、順番に実行される一連のコマンドからなるプログラムによって制御されます。プログラムが保存されたマシンの作成がプログラミングの始まりとなりました。
データとプログラムは PC のメモリに保存されます。コマンドとデータはバイナリシステムで同一にエンコードされます。
PC のメモリセルには連続した番号が付けられたアドレスがあります。アドレスによって任意のメモリセルにアクセスできるため、プログラミングで変数を使用できるようになりました。
プログラム実行中に条件付きジャンプが可能。 PC 上のコマンドは順番に実行されますが、必要に応じてコードの任意の部分にジャンプできます。

主な原則は、プログラムはもはやマシンの永続的な部分ではなく、変更可能であるということであり、ハードウェアは変化せず非常にシンプルなままであるのとは対照的です。

フォン・ノイマンは、PC の構造も提案しました (図 1)。

図 1. PC の構造

フォン・ノイマン・マシンには以下が含まれていました。

ストレージデバイス（ストレージデバイス）。
すべての算術論理演算を実行する算術論理演算装置 (ALU)。
プログラムに従ってすべての機械コンポーネントの動作を調整する制御装置 (CU)。
入出力デバイス。

プログラムとデータは、入力デバイスから ALU を介してメモリに入力されました。すべてのプログラムコマンドはメモリセルに順次書き込まれ、処理用のデータはランダムセルに書き込まれます。

このコマンドは、実行する操作と、データが保存され、目的の操作を実行する必要があるメモリセルのアドレス、および結果を書き込む必要があるセルのアドレスを指定することで構成されます。メモリに保存されます）。

ALU から、結果はメモリまたは出力デバイスに出力されます。基本的に、これらのデバイスは、データが PC での処理に便利な形式でメモリに保存され、人間が使いやすい形式で出力デバイス (モニタ、プリンタなど) に保存されるという点で異なります。

コマンドを含む信号はコントロールユニットから他のデバイスに送信され、コントロールユニットは他のデバイスからその実行結果に関する情報を受け取ります。

CU には、プログラムの最初のコマンドのアドレスが書き込まれるプログラムカウンタという特殊なレジスタ (セル) が含まれています。コントロールユニットは、対応するメモリセルの内容をメモリから読み取り、それを特別なデバイスであるコマンドレジスタに置きます。制御ユニットはコマンドの動作を決定し、コマンドでアドレスが指定されているデータをメモリ内で「マーク」し、コマンドの実行を制御します。この演算は、ALU またはコンピューターハードウェアによって実行されます。

コマンドが実行されると、プログラムカウンタは $1$ ずつ増加し、プログラム内の次のコマンドを指します。現在のコマンドに順番に従わないコマンドを実行する必要がある場合は、特別なジャンプコマンドに制御を移す必要があるセルのアドレスが含まれます。

マルチプロセッサ PC アーキテクチャ

PC 内に複数のプロセッサが存在するということは、多くのデータストリームとコマンドを並行して編成できることを意味します。 1 つのタスクの複数のフラグメントを同時に実行できます。

図 3. マルチプロセッサ PC アーキテクチャ

マルチマシンコンピューティングシステム

マルチマシンコンピューティングシステムアーキテクチャでは、各プロセッサに独自の RAM があります。マルチマシンコンピューティングシステムの使用は、非常に特殊な構造を持つ問題を解決する場合に効果的です。つまり、システムを分割した緩やかに関連するサブタスクの数と同じ数の PC で構成する必要があります。

マルチプロセッサおよびマルチマシンのコンピューティングシステムは、シングルプロセッサのコンピューティングシステムよりもパフォーマンスの点で優れています。

並列プロセッサアーキテクチャ

このアーキテクチャでは、複数の ALU が 1 つの制御ユニットの制御下で動作します。これは、1 つのプログラム、つまり 1 つのコマンドストリームで大量のデータを処理できることを意味します。このようなアーキテクチャの高いパフォーマンスは、同じ種類の異なるデータセットに対して同じ計算操作が同時に実行されるタスクでのみ実現できます。

図 4. 並列プロセッサのアーキテクチャ

現代の自動車には、さまざまなタイプの建築ソリューションの要素が含まれていることがよくあります。上記で説明したものとは異なるアーキテクチャ上のソリューションは他にもあります。

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コンピュータシステムアーキテクチャ: 分類と定義

最新のコンピュータソリューションは、特定のアーキテクチャへの割り当てに基づいて分類できます。しかし、それは一体何でしょうか？この用語を理解するための主なアプローチは何ですか?

ハードウェアコンポーネントのセットとしてのコンピューターシステムのアーキテクチャ

「コンピュータシステムアーキテクチャ」という概念の本質とは何でしょうか？対応する用語は、まず第一に、さまざまな種類のインターフェイスを使用して特定のアルゴリズム内で相互作用する、PC を構成する電子コンポーネントのセットとして理解できます。

コンピュータシステムを構成する主なコンポーネントは次のとおりです。

入力デバイス。
メインコンピューティングチップセット。
データストレージデバイス。
情報を表示するために設計されたコンポーネント。

さらに、注目されたコンポーネントのそれぞれには、多数の個別のデバイスが含まれる場合があります。例えば、メインコンピューティングチップセットには、プロセッサ、マザーボードチップセット、およびグラフィックス処理ユニットが含まれる場合がある。さらに、同じプロセッサが他のコンポーネント (コア、キャッシュメモリ、レジスタなど) で構成されている場合もあります。

実際には、特定の PC ハードウェアコンポーネントの構造に基づいて、どのような種類のコンピュータシステムアーキテクチャが構築されるかが決まります。特定のコンピューティングソリューションを分類するための主な基準を考えてみましょう。

コンピュータシステムの分類

専門家の間で一般的なアプローチに従って、コンピューターシステムのアーキテクチャには次のものが含まれます。

メインフレームコンピュータへ。
ミニコンピューターへ。
パーソナルコンピュータに。

コンピュータシステムのアーキテクチャを決定するためのコンピューティングソリューションのこの分類は、多くの専門家によって時代遅れであると考えられていることに注意してください。特に、今日では同じパソコンでも、目的や特性が大きく異なる多数の種類に分かれています。

したがって、コンピュータシステムが進化するにつれて、変化する基準を使用してコンピュータアーキテクチャを分類できます。それにもかかわらず、示されたスキームは伝統的であると考えられています。より詳細に検討すると便利です。それによると、最初のタイプのコンピューターは、大型マシンのアーキテクチャに属するコンピューターです。

メインフレームコンピュータ

大型コンピューター、つまりメインフレームは、さまざまな生産プロセスのデータ処理センターとして、産業界で最もよく使用されています。強力で非常に高性能なチップを搭載することができます。

検討中のコンピュータシステムアーキテクチャは、1 秒あたり最大数百億回の計算を実行できます。大型コンピュータは、他のシステムに比べて比較にならないほど高価です。原則として、それらのメンテナンスには、必要な資格を持つかなり多くの人々の参加が必要です。多くの場合、彼らの仕事はエンタープライズコンピューティングセンターとして組織された部門内で実行されます。

ミニコンピューター

コンピュータシステムとそれに基づくコンピュータネットワークのアーキテクチャは、ミニコンピュータとして分類されるソリューションで表すことができます。一般に、それらの目的はメインフレームの目的と似ている可能性があり、産業界では対応するタイプのコンピューターの使用が非常に一般的です。ただし、一般に、これらの使用は比較的小規模な企業、中規模企業、および科学組織で一般的です。

最新のミニコンピューター: 機能

多くの場合、これらのコンピュータはまさに企業内ネットワークを効果的に管理する目的で使用されます。したがって、検討中のソリューションは、特に高性能サーバーとして使用できます。また、Intel の Xeon Phi などの非常に強力なプロセッサも搭載しています。このチップは 1 テラフロップスを超える速度で動作できます。対応するプロセッサは、22 nm プロセステクノロジを使用して生産用に設計されており、メモリ帯域幅は 240 GB/s5 です。

パソコン

次のタイプのコンピュータアーキテクチャは PC です。おそらくこれが最も一般的です。 PC はメインフレームやマイクロコンピューターほど強力で高性能ではありませんが、多くの場合、アプリケーションやゲームの実行などの一般的なユーザータスクはもちろん、産業と科学の両方の問題を解決することができます。

パーソナルコンピュータを特徴付けるもう 1 つの注目すべき機能は、リソースをプールできることです。したがって、十分に多数の PC の計算能力は、より高級なコンピュータアーキテクチャのパフォーマンスに匹敵する可能性がありますが、もちろん、PC を使用して名目上そのレベルを達成することには非常に問題があります。

それにもかかわらず、パーソナルコンピュータに基づくコンピュータシステムおよびネットワークのアーキテクチャは、さまざまな業界での実装、アクセシビリティおよびスケーラビリティの観点からの普遍性によって特徴付けられます。

パーソナルコンピュータ：分類

上で述べたように、PC は多数の種類に分類できます。これらには、デスクトップ、ラップトップ、タブレット、PDA、スマートフォン (PC と電話を組み合わせたもの) が含まれます。

一般に、デスクトップは最も強力で生産性の高いアーキテクチャを備えています。最も強力でないのは、サイズが小さく、ハードウェアコンポーネントのリソースを大幅に削減する必要があるため、スマートフォンとタブレットです。ただし、対応するデバイスの多く、特にトップエンドモデルは、原則として、主要なラップトップモデルや手頃な価格のデスクトップと速度が同等です。

PC の注目された分類は、PC の多用途性を示しています。さまざまな種類において、産業、科学、実験室などの典型的なユーザータスクを解決できます。ソフトウェアおよび対応するタイプのコンピュータシステムのアーキテクチャは、多くの場合、メインフレームやミニコンピュータを使用する人に必要な特別な訓練を受けていない一般人が使用できるように調整されています。

コンピューティングソリューションを PC に割り当てるにはどうすればよいですか?

コンピューティングソリューションを PC として分類する主な基準は、その個人的な志向性です。つまり、適切なタイプのコンピュータは、主に 1 人のユーザーが使用するように設計されています。しかし、彼がアクセスするインフラストラクチャリソースの多くは、本質的に社会的なものであることは間違いありません。これは、インターネットの使用例で見ることができます。コンピューティングソリューションが個人的なものであることを考えると、その使用の実際の有効性は、その人が他の人によって生成されたデータソースにアクセスできる場合にのみ記録できます。

コンピュータアーキテクチャのソフトウェアの分類: メインフレームとミニコンピュータ

上で説明したコンピュータの分類に加えて、対応するタイプのコンピュータ機器にインストールされるプログラムを特定のカテゴリに割り当てるための基準もあります。メインフレームとミニコンピュータは、目的が類似しており、場合によってはパフォーマンスも類似しており、通常、特定の生産上の問題を解決するために適合した複数のオペレーティングシステムを使用することができます。特に、これらの OS は、さまざまな自動化ツール、仮想化、業界標準の実装、およびさまざまな種類のアプリケーションソフトウェアとの統合を実行するように適合させることができます。

ソフトウェア分類：パーソナルコンピュータ

通常の PC 用のプログラムは、メインフレームやミニコンピューターの特徴であるパフォーマンスレベルを必要としない製品版だけでなく、ユーザーのタスクを解決するために最適化されたさまざまな形式で提供されます。このように、PC には産業用、科学用、実験用のプログラムが存在します。ソフトウェア、適切なタイプのコンピュータシステムのアーキテクチャは、それが使用される特定の業界、およびユーザーの期待される資格レベルによって異なります。工業デザインの専門的なソリューションが、次のような知識を持つ人向けに設計されていない可能性があることは明らかです。コンピュータープログラムの使用に関する基本的な知識のみ。

さまざまな PC プログラムには、多くの場合、直感的なインターフェイスとさまざまなヘルプドキュメントが備わっています。さらに、指示に従うだけでなく、ユーザーが起動するプログラムの構造を定期的に変更する場合には、メインフレームとミニコンピューターの能力を最大限に活用できます。これには、たとえば、次のような追加の知識が必要になる場合があります。プログラミング言語の使用。

PC ソフトウェアアーキテクチャのレベル

「コンピュータシステムアーキテクチャ」の概念は、コンピュータサイエンスの教科書によって、著者の見解に応じてさまざまな方法で解釈できます。この用語のもう 1 つの一般的な解釈は、ソフトウェア層を指すというものです。この場合、対応するソフトウェアレベルがどの特定のコンピュータシステムに実装されているかは問題ではありません。

このアプローチによれば、コンピュータアーキテクチャは、コンピュータのハードウェアコンポーネントの機能を維持し、ユーザーがこれらのリソースを使用できる条件を作成するために使用される、さまざまな種類のデータ、操作、ソフトウェア特性のセットとして理解される必要があります。実際には。

ソフトウェア層アーキテクチャ

専門家は、対応する用語を理解するために検討されているアプローチの文脈で、次の主要なコンピューターシステムアーキテクチャを特定します。

コンピューティングソリューションのデジタル論理アーキテクチャ - 実際には、さまざまなモジュール、セル、レジスタの形式の PC ハードウェア - たとえば、プロセッサ構造内に配置されます。
さまざまなマイクロプログラムの解釈レベルのマイクロアーキテクチャ。
アセンブラレベルで特別なコマンドをブロードキャストするためのアーキテクチャ。
対応するコマンドを解釈し、オペレーティングシステムが理解できるプログラムコードにそのコマンドを実装するためのアーキテクチャ。
特定の種類のソフトウェアのプログラムコードを変更できるようにするコンパイルアーキテクチャ。
特定のユーザーの問題を解決するためにプログラムコードを適応させることを可能にする高級言語のアーキテクチャ。

ソフトウェアアーキテクチャ分類の意味

もちろん、この用語をソフトウェアレベルに対応するものとして考えるという文脈でのこの分類は、非常に条件付きである可能性があります。コンピュータアーキテクチャとコンピュータシステムの設計は、その製造可能性と目的に応じて、ソフトウェアレベルを分類する際、また実際に問題の用語の本質を理解する際に開発者に異なるアプローチを必要とする場合があります。

これらの概念は理論的なものであるという事実にもかかわらず、その適切な理解は、特定の種類のコンピューティングインフラストラクチャを構築するためのより効果的な概念的アプローチの開発に貢献し、開発者が特定の問題を解決するユーザーのニーズに合わせてソリューションを最適化できるようにするため、非常に重要です。。

まとめ

そこで、「コンピュータシステムアーキテクチャ」という用語の本質、つまり特定の文脈に応じてどのように見られるかを定義しました。従来の定義の 1 つによれば、対応するアーキテクチャは PC のハードウェア構造として理解でき、PC のパフォーマンス、専門化、およびユーザー資格の要件のレベルを事前に決定します。このアプローチには、現代のコンピューターアーキテクチャをメインフレーム、ミニコンピューター、PC の 3 つの主要なカテゴリに分類することが含まれます (これらは、さまざまな種類のコンピューティングソリューションによって表すこともできます)。

通常、これらのアーキテクチャの各タイプは、特定の問題を解決するように設計されています。産業ではメインフレームとミニコンピューターが最もよく使用されます。 PC を使用すると、生産上のさまざまな問題を解決したり、エンジニアリング開発を実行したりすることもできます。対応するコンピューターシステムのアーキテクチャもこれに適応しています。このようなテクノロジーを使用すると、研究室での作業や科学実験がより明確になり、より効果的になります。

問題の用語の別の解釈には、ソフトウェアの特定のレベルとの相関関係が含まれます。この意味で、コンピュータシステムのアーキテクチャは、PC の機能を保証するだけでなく、特定のユーザーの問題を解決するために実際に PC のコンピューティング能力を使用するための条件を作り出す、動作するプログラムでもあります。

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PCアーキテクチャとは何ですか

最新の PC のアーキテクチャは、論理的な組織、構造、リソース、つまりコンピューティングシステムのメカニズムを表します。後者は、情報処理プロセスのために特定の時間間隔を割り当てることができます。

パソコンを組み立てるときのルール

最新のコンピューティングマシンの基礎は、ジョンニューマンによって定式化された PC アーキテクチャの原則です。

1. ソフトウェア制御。プロセッサが自動的に (特定の順序で次々に) 実行するコマンドのグループで構成されます。

2. 記憶の均一性。プログラムとその他のデータは 1 つのメモリセクションに格納されます。データとコマンドの両方に対して同じアクションが実行されます。

3. ターゲティング。メインメモリは、番号が付けられたセクタ (セル) で構成されます。

パーソナルコンピュータを構築する

クラシック PC アーキテクチャは上記の原則に基づいて構築されています。これは、動作条件、情報の接続、およびパーソナルコンピュータの主要な論理ノードの相互接続を決定します。これらには、外部メモリ、メインメモリ、中央処理装置、周辺デバイスが含まれます。

パーソナルコンピュータは、メインシステムユニットとして構造的に設計されています。周辺機器は専用のコネクタを介して接続されます。 PC アーキテクチャには、マザーボード、電源、ハード磁気ドライブと光学ドライブ、追加および外部デバイス用のインターフェイスなどの主要コンポーネントが含まれています。次に、マザーボード (システム) ボードには、マイクロプロセッサ、クロックパルスジェネレーター、数学的コプロセッサ、およびメモリチップが含まれています。タイマー、周辺機器コントローラー、ビデオおよびサウンドカードだけでなく。

PC アーキテクチャは、モジュラーバックボーンの原理に基づいています。このルールにより、ユーザーはパーソナルコンピュータの必要な構成を独自に完了し、(必要に応じて) アップグレードすることができます。システムのモジュール構成の利便性は、データ交換のバックボーン原理にあります。すべてのデバイスのコントローラーは、「システムバス」と呼ばれる主要な情報伝送ラインを介して RAM およびマイクロプロセッサと通信します。これはマザーボード上のプリントブリッジの形で作られています。システムバスはコンピュータの主要なインターフェイスであり、PC アーキテクチャ全体がシステムバスを中心に構築されています。すべてのデバイスの相互通信とペアリングを保証するのはこの要素です。システムバスは、次の 3 方向のデータ転送を生成します。

メインメモリとマイクロプロセッサの間。

外部デバイスの入出力ポートとプロセッサーの間。

ポートとメインメモリの間。

パーソナルコンピュータの外部デバイスは、パーソナルコンピュータと環境 (制御オブジェクト、ユーザー、および他のコンピュータ) との間の通信を提供します。