Zasada działania komputera

Procesor

Pamięć wewnętrzna

Magistrala

Klawiatura

Monitor

Drukarka

Podstawowe definicje

W tym rozdziale opisano szczegółowo schemat blokowy oraz funkcje elementów systemu
komputerowego oraz działanie procesora - serca komputera .

PROCESOR

stanowi główny element komputera, ponieważ jest odpowiedzialny za

przetwarzanie informacji. Składa się on z układów sterujących, arytmometru oraz rejestrów .
Układy sterujące odpowiadają za: dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci
operacyjnej, przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą
kolejność przetwarzania. W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane
przez komputer. W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci
operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem

rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżący
rozkaz dla procesora. Praca procesora odbywa się w tzw. cyklach rozkazowych.

Przebieg jednego cyklu rozkazowego można opisać za pomocą następującego algorytmu:

1. Zawartość miejsca pamięci wewnętrznej wskazywanego przez licznik rozkazów LR

zostaje przesłana do układów sterujących procesora,

2. W układach sterujących następuje rozdzielenie otrzymanej informacji na dwa pola:

pole operacji i pole argumentów. Pole operacji zawiera adres rozkazu, który należy
wykonać. Pole argumentów zawiera adresy, pod którymi są przechowywane dane oraz
adres przeznaczenia wyniku.

3. Na podstawie wyznaczonych adresów następuje przesłanie z pamięci wewnętrznej

argumentów do odpowiednich rejestrów, a na podstawie adresu rozkazu arytmometr
wykonuje odpowiednie działanie (operację arytmetyczną lub logiczną) na
zawartościach rejestru.

4. Wynik przetwarzania (wynik wykonanej operacji) jest wysyłany do pamięci

wewnętrznej pod adres przeznaczenia wyniku.

5. Następuje zmiana wartości licznika rozkazów LR tak, aby wskazywał on kolejny

rozkaz dla procesora.

Cykl rozkazowy procesora można opisać również za pomocą narysowanego niżej schematu
blokowego:

Wykonywanie obliczeń może zostać przerwane. Jeżeli procesor otrzyma sygnał informujący
go o żądaniu obsługi przerwania następuje przerwanie obliczeń, zapamiętanie stanu licznika
rozkazów i wykonanie podprogramu (procedury) obsługi przerwania. Dalsze zachowanie się
procesora jest uzależnione od podprogramu obsługującego przerwanie.

Oprócz przerwań nadchodzących z zewnątrz procesora (np. odczyt znaku z klawiatury) są
przerwania wewnętrzne procesora. Jednym z takich przerwań może być przerwanie jego
pracy w przypadku, gdy procesor odczyta rozkaz dzielenia dowolnej liczby przez liczbę 0.

PAMIĘĆ WEWNĘTRZNA

składa się z pamięci stałej określanej terminem ROM (ang.

Read Only Memory) oraz pamięci operacyjnej określanej pamięcią RAM (ang. Random
Access Memory). W pamięci stałej ROM producent komputera zapisuje informacje o
konfiguracji sprzętowej, programy rozpoczynające pierwszą fazę pracy komputera
(inicjalizacja systemu) oraz programy diagnostyczne. Do pamięci ROM nie można zapisywać
danych można ją tylko odczytywać. W pamięci operacyjnej RAM, czyli pamięci do zapisu
i odczytu, przechowywane są informacje będące obiektem bieżącego przetwarzania (dane,
programy, wyniki). Pamięć RAM jest pamięcią ulotną jej zawartość ginie po wyłączenia
komputera.

MAGISTRALA

jest zbiorem przewodów elektrycznych oraz specjalnych gniazd

połączonych ze sobą równolegle, tak aby umożliwić przesyłanie danych, adresów i sygnałów

sterujących pomiędzy procesorem, pamięcią wewnętrzną i urządzeniami peryferyjnymi
komputera. Magistrala składa się z szyny sygnałów sterujących, szyny danych i szyny
adresowej. Cykl pracy magistrali odbywa się w taktach czasowych (podobnie jak w
przypadku procesora), z tym, że zwykle częstotliwość pracy magistrali jest kilka razy
mniejsza od częstotliwości pracy procesora. Powoduje to zmniejszenie efektywności pracy
całego systemu komputerowego.

KLAWIATURA

jest urządzeniem zewnętrznym , którego zadaniem jest przyjmowanie

danych oraz poleceń od człowieka i przekazywanie ich poprzez magistralę do specjalnie
wydzielonego miejsca w pamięci RAM nazywanego buforem klawiatury. Każde naciśnięcie
klawisza generuje sygnał odpowiedniego przerwania, który z kolei jest obsługiwany przez
podprogram czytania i interpretacji zawartości bufora klawiatury. Każde naciśnięcie klawisza
generuje sygnał odpowiedniego przerwania, które z kolei jest obsługiwane przez podprogram
czytania i interpretacji zawartości bufora klawiatury. Jest to jedno z podstawowych zadań
systemu operacyjnego.

MONITOR

jest urządzeniem zewnętrznym , którego zadaniem jest wyświetlenie informacji

przeznaczonej dla człowieka w różnej postaci: napisy, rysunki, ruchome obrazy. Ekran
monitora jest traktowany jako prostokąt, który składa się z punktów zwanych pikselami: Stan
pikseli określają cechy, nazywane atrybutami: kolor, stopień jasności, migotanie, kolor tła.
Pozycja piksela określana jest parą danych: współrzędną X oraz współrzędną Y. Ważnym
parametrem technicznym monitora jest rozdzielczość ekranu czyli gęstość punktów na
ekranie. Im rozdzielczość jest większa tym dokładniejszy otrzymujemy obraz. Aby monitor
mógł współpracować z komputerem potrzebna jest karta graficzna. Karta ta jest układem
elektronicznym wyposażonym we własną pamięć, w której zapisywane są atrybuty pikseli.

DRUKARKA

jest urządzeniem zewnętrznym którego funkcją jest wyprowadzenie

informacji na papier przeznaczonej dla człowieka w postaci: znaków, tekstów, obrazów.
Wyprowadzenie tych informacji nazywamy drukowaniem. Zasada działania drukarki może
być różna: w przypadku drukarek igłowych w wyniku uderzenia igieł głowicy poprzez taśmę
barwiącą o papier powstaje zabarwienie uderzanych miejsc na papierze.

Podstawowe definicje

Jednostka centralna (ang. central processing unit) to zasadnicza logiczna część komputera
obejmująca pamięć operacyjną (RAM), pamięć ROM, procesor, karty sterujące, magistralę
oraz zasilacz. Służy do sterowania działania układów elektronicznych i przetwarzania
informacji.

Pamięć operacyjna (ang. operating memory) to główna pamięć komputera służąca do
chwilowego (tylko gdy komputer jest włączony) przechowywania danych i programów.

Procesor (ang. processor) układ wykonujący elementarne rozkazy arytmetyczno
logiczne pobierane z pamięci operacyjnej.

Pamięć dyskowa magnetyczna (ang. hard disk) to pamięć zewnętrzna (masowa) komputera
służąca do trwałego przechowywania informacji na krążkach pokrytych nośnikiem
magnetycznym.

Zasilacz układ przetwarzający napięcie elektryczne 220V/50 Hz na napięcia potrzebne do
pracy układów scalonych w jednostce centralnej: 5V i 12 V.

Urządzenia zewnętrzne urządzenia (układy scalone) podłączone do jednostki centralnej,
których zadaniem jest przekazywanie informacji do i z otoczenia komputera.