Персональные компьютеры и их архитектура. Курсовой проект. Персональные компьютеры (ПК) и их архитектура
 Скачать 3.28 Mb.
|
|
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ (ПК) И ИХ АРХИТЕКТУРА Санкт-Петербург – 2021 I. Обработка и обобщение материалов в области средств компьютерных технологий Тема: «Персональные компьютеры (ПК) и их архитектура» ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ (ПК) И ИХ АРХИТЕКТУРА Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Существует два основных класса компьютеров: – цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов; – аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин. Основу компьютеров образует аппаратура, построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: – центрального процессора; – основной памяти; – внешней памяти; – периферийных устройств. Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской. А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения. 1.1 ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ПК И ИХ ЗНАЧЕНИЕ Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основныефункции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств. Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов. Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Достоинствами ПК являются: – малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя; – автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды; – гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту; – "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки; – высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ). 1.1.2. СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК. Структурная схема персонального компьютера изображена на рисунке 1.  Рисунок 1 – Структурная схема персонального компьютера Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. В состав микропроцессора входят: – устройство управления (УУ) формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов; – арифметико-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией; – микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного характера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессор. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие); – интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК. Генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя: – кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда; – кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства; – кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины; – шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном - процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствамиоперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость). Внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (HDD) и гибких (HD) магнитных дисках. Назначение этих накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD-ROM-Compact Disk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск с памятью, только читаемой) и др. Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК. Таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания - аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать. Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ иногда составляют 50-80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и в народном хозяйстве в целом. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ: – внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК; – диалоговые средства пользователя; – устройства ввода информации; – устройства вывода информации; – средства связи и телекоммуникации. Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации. Видеомонитор (дисплей) – устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода – это различные микрофонные акустические системы, синтезаторы звука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру. К устройствам ввода информации относятся: – клавиатура - устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК; – графические планшеты (диджитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК; – сканеры - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; – манипуляторы (устройства указания): джойстик- рычаг, мышь, трекбол-шар в оправе, световое перо и др. - для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК; – сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК. К устройствам вывода информации относятся: Принтеры – печатающие устройства для регистрации информации на бумажный носитель; графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Устройства связи и телекоммуникации для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, "стыки", мультиплексоры передачи данных, модемы). В частности, сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор- демодулятор. Прерывание – временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, а в данный момент более важной (приоритетной) программы. Прерывания возникают при работе компьютеры постоянно. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерывания. Развитие электронной промышленности осуществляется такими быстрыми темпами, что буквально через один год, сегодняшнее "чудо техники" становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств. К тому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает круг задач для решения, которых он использует компьютер, следовательно, и 10 лет назад приобретенная "286-я машина" исправно работающая, удовлетворяющая запросы того или иного специалиста является незаменимым его помощником в повседневном труде. Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о том, какое ведущее место в жизни общества занимают в настоящее время персональные компьютеры, сфера применения которых безгранична. ЛИТЕРАТУРА 1. Информатика. Базовый курс : учебное пособие : [гриф Мин. обр.] / ред. С. В. Симонович. - 3-е изд. - СПб. : Питер, 2014. - 640 с. : ил. - (Учебник для вузов) ISBN 978-5-496-00217-2 2. Информатика : учебник : [гриф Мин. обр.] / В. А. Каймин ; М-во обр. РФ. - 6-е изд. - М. : ИНФРА-М, 2014. - 285 с. : ил., рис. - (Высшее образование). – Режим доступа: http://elib.igps.ru/?4&type=card&cid=ALSFR-590249d6-0bdf-4609-a896-df2659d17c9a&remote=false II. Разработка фрагмента базы данных Тема: Учет и выдача сведений об участии обучающихся в кружках научного общества на месяц Вариант 1. Учет и выдача сведений об участии обучающихся в кружках научного общества на месяц:
В Access создать базу данных «Научные кружки», состоящую из двух таблиц («Руководитель»» и «Обучающиеся»). Состав полей каждой таблицы, типы данных, ключевые поля назначить самостоятельно. Учесть, что одинаковые кружки имеют одинаковые коды, не должно быть дублирующих записей.  Рисунок 2 – Таблица «Руководитель» в режиме конструктора  Рисунок 3 – Таблица «Обучающиеся» в режиме конструктора  Рисунок 4 – Схема данных Заполнить созданную базу имеющимися данными поля с ФИО заполнить самостоятельно. Для выбора кружка в таблице «Обучающиеся» предусмотреть подстановку из таблицы «Руководитель».  Рисунок 5 – Заполненная таблица «Руководитель»  Рисунок 6 – Заполненная таблица «Обучающиеся» Отсортировать таблицу «Обучающиеся» одновременно по дате и количеству.  Рисунок 7 – Сортировка по расширенному фильтру  Рисунок 8 – Результат сортировки Настроить и сохранить в виде запросов следующие фильтры: Название кружка с буквой «Т»  Рисунок 9 – Настройка фильтра  Рисунок 10 – Результат сортировки «Название кружка с буквой Т» Количество обучающихся больше 5, больше или равно 10.  Рисунок 11 – Условие для фильтрации данных  Рисунок 12 – Результат сортировки «Количество обучающихся больше 5»  Рисунок 13 – Условие для фильтрации данных  Рисунок 14 – Результат сортировки «Количество обучающихся больше или равно 10» Создать и сохранить следующие запросы: Все данные из обеих таблиц (как в исходной таблице в начале задания);  Рисунок 15 – Запрос a в режиме конструктора  Рисунок 16 – Результат выполнения запроса а Данные о руководителях научного кружка и номере группы;  Рисунок 17 – Запрос b в режиме конструктора  Рисунок 18 – Результат выполнения запроса b Данные о проведении научных кружков в период с 12.03.2019-30.03.2019 года;  Рисунок 19 – Запрос с в режиме конструктора  Рисунок 20 – Результат выполнения запроса с Номера групп и количество обучающихся по кружкам каждого типа (с групповой операцией).  Рисунок 21 – Запрос d в режиме конструктора  Рисунок 22 – Результат выполнения запроса d Создать форму для ввода, просмотра и редактирования данных таблиц.  Рисунок 23 – Форма «Руководители» (не получилось)  Рисунок 24 – Форма «Обучающиеся» Создать отчет на основании запроса d.  Рисунок 25 – Отчет «Общее количество обучающихся» Создать таблицу в Excel по запросу пункта «b», которая будет связана с данными из файла Access. Построить по этой таблице график или сделать диаграмму, отобразить в ней название осей, задать имя диаграммы или графика.  Рисунок 26 – Выгруженный запрос в формате Excel  Рисунок 27 – Гистограмма «Количество обучающихся в формате Excel |