Любая современная электронно-вычислительная машина представляет собой сложную систему взаимодействующих компонентов, обеспечивающих выполнение вычислений и обработку данных. Классический подход к устройству компьютера предполагает наличие пяти ключевых элементов, каждый из которых играет свою роль в общей схеме обработки информации.
Современный персональный компьютер представляет собой сложную техническую систему, состоящую из взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет специфичные функции. Структурно любой компьютер включает пять базовых подсистем (ПЗУ; ОЗУ; Центральный Процессор; Общею шину ; порты внешних устройств (клавиатуры, дисплея (монитора), принтера (плоттера), жёстких и съёмных дисковых накопителей и пр.).
Основные компоненты компьютера.
Компьютер традиционно включает пять основных составляющих:
1. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
Используется для хранения неизменяемых инструкций и программного обеспечения, необходимых для начальной загрузки системы. Информация записывается заранее производителем и сохраняется даже после отключения питания устройства.
2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
Представляет собой временное хранилище данных и команд, используемых процессором непосредственно в ходе выполнения операций. Данные сохраняются лишь до момента выключения электропитания, обеспечивая быстрый доступ к рабочей памяти.
3. Центральный процессор (CPU)
Является центральным компонентом компьютера, отвечающим за исполнение всех операций над информацией. Именно здесь происходит обработка данных согласно поступившим инструкциям, обеспечивается контроль за работой остальных подсистем и выдача управляющих сигналов.
4. Общая шина
Включает три шины передачи данных внутри компьютерной архитектуры: шину данных, адресную шину и шину управления. Они обеспечивают обмен сигналами между всеми компонентами, позволяя передавать данные, инструкции и команды.
5. Порты внешних устройств
Предназначены для подключения периферийных устройств, таких как клавиатура, монитор, принтер, накопители данных и другие внешние модули ввода-вывода. Через эти порты осуществляется взаимодействие человека с компьютером и обмен информацией с внешним миром.
Механизм функционирования компьютера.
Принцип работы компьютера базируется на пошаговом выполнении программы, хранящейся первоначально в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), а затем загружаемой в оперативную память (ОЗУ).
Этапы исполнения операции:
1. Выборка:
Центральный процессор извлекает инструкцию из оперативной памяти через общую шину данных. Инструкция поступает на процессор последовательно, начиная с младшего бита. Обычно одна инструкция представлена одним байтом (8 бит), однако современные процессоры способны обрабатывать одновременно несколько байтов.
2. Декодирование:
Полученная команда интерпретируется процессором, который определяет тип требуемого действия. Это может быть арифметическое действие, операция сравнения, передача данных или управление выполнением следующей инструкции.
3. Исполнение:
После интерпретации инструкции процессор выполняет соответствующую операцию. Например, при сложении двух чисел происходит фактическое суммирование значений регистров, а результат заносится обратно в регистр.
4. Запись результата:
Если операция подразумевает получение итогового значения, оно записывается либо в оперативную память, либо передается дальше по общим шинам для дальнейшего использования.
Принцип работы персонального компьютера.
Работа компьютера основана на циклическом выполнении последовательности шагов обработки информации:
· Начальная загрузка:
После включения питания центральный процессор обращается к постоянному запоминающему устройству (ПЗУ), откуда считывается программа начальной загрузки (BIOS или UEFI). Эта программа проверяет работоспособность оборудования и инициализирует основные параметры системы.
· Загрузка операционной системы:
По завершении проверки оборудования управление передается оперативной памяти (ОЗУ), куда предварительно загружаются необходимые модули операционной системы с внешнего носителя (жесткого диска, SSD-накопителя и т.п.).
· Исполнение команд:
Процессор последовательно извлекает из оперативной памяти байты данных (по восемь бит в каждом байте). Затем эти байты объединяются в пары (два байта = шестнадцать бит), образуя машинные команды. Каждая команда интерпретируется центральным процессором, который производит соответствующие операции (арифметические, логические, перемещения данных и т.д.) и передает результаты обратно в память либо выводит их через порты внешних устройств.
Заключение
Таким образом, работа компьютера заключается в циклическом повторении указанных этапов: выборка—декодирование—исполнение—запись результата. Этот цикл обеспечивает эффективное функционирование любой современной цифровой вычислительной техники. Функционирование компьютера основано на четком взаимодействии перечисленных компонент, реализующих цикл чтения-записи-исполнения команд, благодаря чему обеспечивается автоматизация процессов обработки информации и взаимодействия с человеком-пользователем или при автоматической работе компьютера с подключёнными к нему периферийными устройствами. В последнем случае, таким образом из ПК можно сделать автоматического робота. Это возможно, в том случае, если каждый раз, при загрузке операционной системой загружается специальное ПО предназначенное для этого. Это при желании, может быть подключено и установлено на ПК любым пользователем.
На современных персональных компьютерах (ПК) Процессоры делятся на три класса (в зависимости от мощности и рабочей производительности):
16- ти битные; 32-х битные и 64-х битные. Но в основе работы всех современных компьютеров положен один общий стандарт (утверждённый фирмой IBM, ещё в 1981 году) единицей приёма и последующей обработки информации, является байт. За один байт принимается электрический сигнал равный одновременному принятию сигнала по 8 бит (электронов). Именно, в основе этого и было положено устройство всех связующих артерий переноса и обработки данных (информации) в компьютере. Они получили название Шины. Общая Шина в любой компьютере делится на три последовательной. Это шина данных, шина адреса и шина управления.
Причём, в устройстве компьютера можно объединить в общую (перед подачей на Процессор для последующей обработки) только, шину данных и шину адреса. Потому, что обе шины (данных и адреса), являются байтовыми и каждая из них состоит из 8-ми отдельных проводов (каналов на печатной плате). Но а шина управления в устройстве компьютера, она как правило битовая и сигналы с неё (для управления работой компьютером) подаются только, по одному проводу (по одному электрическому сигналу). Точно так же, как провод (канал) для передачи электрических сигналов на любой иной печатной плате, которая не является компьютерной, а предназначена для иного электронного устройства.