Железная составляющая современного компьютера - сложная электронная схема, состоящая из множества транзисторов, конденсаторов, резисторов и других радиоэлементов. Один чип процессора Pentium 4 состоит из 42 млн. транзисторов, а панка памяти может насчитывать 4 млрд. транзисторов и около 8 млрд. конденсаторов. Все, что происходит внутри этих радиосхем, сводится к обычным электрическим процессам, известным всем из школьного курса физики.
К счастью, в компьютерах применяется принцип блочной конструкции. Каждое устройство (или блок) является вполне завершенной и самостоятельной единицей. Все соединения между блоками приведены к определенным стандартам. В результате для описания работы компьютера требуется лишь описать взаимодействие этих узлов между собой, не вдаваясь в подробности работы отдельных транзисторов.
Прежде чем рассматривать архитектуру компьютера, уточним основные термины.
Шина – группа проводников, предназначенная, для связывания различных компонентов компьютера. Внутренние шины соединяют устройства в пределах одной платы или даже внутри микросхемы.
Порт – разъем, для подсоединения какого либо периферийного устройства.
Процессор – микросхема, обрабатывающая цифровые сигналы. Порядок обработки данных зависит от поступающих команд.
Контроллер – устройство, управляющее другим устройством. Проще говоря, связывает различные устройства.
Интерфейс – универсальный термин, обозначающий способ взаимодействия чего-либо с чем либо. Под аппаратным интерфейсом понимают назначение соединяющих устройства контактов или проводников и характеристику сигналов, передаваемых по ним. Программный интерфейс – стандарт, описывающий способ обмена данными между различными программами. Пользовательский интерфейс – способ общения пользователей с приложениями. Чаще всего используется графический интерфейс.
Материнская плата – печатная плата, на котором находится ряд устройств. По сути, она является связующим звеном между всеми устройствами. Материнская плата построена на основе чипсета (набора микросхем). Одну из микросхем называют северным мостом. Задача этого узла – обеспечение взаимодействия между центральным процессором, оперативной памятью, видеоплатой и второй микросхемой чипсета – южным мостом. Вторая микросхема содержит в себе контроллеры ввода-вывода. Южный мост служит для подключения всех плат расширения, приводов компакт-дисков и портов периферийных устройств.
Шина PCI связывает большинство периферийных устройств. К ее внешним разъемам подключаются звуковые карты, модемы, сетевые адаптеры, тюнеры, контроллеры USB-портов. На материнской плате могут находиться встроенный звуковой контроллер и сетевая карта. Фактически эти устройства подключены к той же шине PCI. Контроллеры шин SATA и IDE, к которым подключаются винчестеры и приводы компакт-дисков, тоже подключены к PCI шине.
Обязательным компонентом материнской платы является чип BIOS, предназначенный для начальной загрузки компьютера. BIOS представляет собой память flash типа, в которой хранится микропрограмма. Также в состав материнской платы входит запоминающее устройство CMOS (хранит основные настройки BIOS) и часы реального времени. Все эти компоненты получают отдельное питание от батарейки.
Центральный процессор – главный компонент платы. Именно здесь происходит основные вычисления. Процессор рассеивает мощность порядка нескольких десятков ватт, вследствие чего в обязательном порядке содержит систему охлаждения.
Оперативная память служит для временного хранения данных, используемых во время работы компьютера. Информация накапливается в оперативной памяти и уже оттуда распределяется в другие устройства и процессор.
Видеоадаптер предназначен для вывода информации от центрального процессора к монитору. Современные видеокарты по сложности сопоставимы с целым компьютером – имеется процессор, оперативная память. В бюджетных системах могут использоваться интегрированные видеосистемы – за вывод видео отвечает чип в составе северного моста.
Звуковая карта предназначена для вывода звука. Так же возможен и обратный процесс оцифровка аналогового звукового сигнала. Чаще всего звуковая карта выполнена в виде отдельного кристалла непосредственно на материнской плате. Для более «продвинутых» решений используются отдельные PCI платы.
Приводы предназначены для воспроизведения и записи информации. В данном случае используется оптический принцип записи (в отличие от винчестеров, где используется магнитные свойства поверхности).
Блок питания служит для преобразования переменного напряжения в пониженое постоянное.
Устройство компьютера:
Микропроцессор - небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации.
В компьютерах типа IBM PC используется микропроцессоры фирмы Intel. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой.
Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386, 80486 и Pentium, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц).
Оперативная память. Из оперативной памяти процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Оперативная память работает очень быстро, содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.
Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа (последовательность команд, записанная на языке понятном процессору) и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера: - клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства называют внешними.
Таким образом, для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:
Контроллер или адаптер - электронная схема, которая управляет работой какого-либо внешнего устройства.
Шина - системная магистраль передачи данных
Дисководы- устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на гибких магнитных дисках (дискетах). Объем информации, который может быть размещен на дискете, различен для различных типов дискет. Самые распространенные на сегодня дискеты - 1.44 Мбайта.
Винчестеры - устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на жестких магнитных дисках. Необходимый объем винчестера зависит от потребностей и материальных возможностей пользователя, на сегодняшний день –1 Гбайт и выше.
Принтеры - печатающие устройства, предназначенные для вывода информации на бумагу. Существует несколько тысяч моделей принтеров. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные.
Мониторы - устройства, предназначенные для вывода на экран текстовой и графической информации.
Дополнительные устройства
Мышь - манипулятор для ввода информации в компьютер. Модем - устройство для обмена информацией между компьютерами через телефонные, оптоволоконные и др. Сети.
Сканер - устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер с бумажных носителей информации. Плоттер - устройство для вывода чертежей на бумагу.