АППАРВТНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Все ЭВМ, за небольшим исключением, имеют общую принципиальную схему или, как говорят, архитектуру.

Архитектура определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ:

§ центрального процессора;

§ периферийных процессоров;

§ оперативного ЗУ (запоминающего устройства);

§ внешних ЗУ;

§ периферийных устройств.

В основу архитектуры ЭВМ положен модульно-магистральный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать её. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по 3-м многоразрядным шинам (многопроводные линии связи).

Принцип открытой архитектуры – это возможность постоянного усовершенствования компьютера IBM PC в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это даёт наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъёмы (слоты) на системной (материнской) плате.

 

Общая структура персонального компьютера

 

 

Любой компьютер содержит:

1) Арифметико-логическое устройство (АЛУ);

2) Запоминающее устройство (память);

3) Управляющее устройство;

4) Устройство ввода-вывода информации (УВВ) и имеет программу, хранимую в его памяти (архитектура Джона фон Неймана).

К базовой конфигурации (составу оборудования) относятся:

1. Системный блок;

2. Монитор;

3. Клавиатура;

4. Мышь.

Всё, без чего можно обойтись при основной работе

за компьютером, относится к периферийному оборудованию:

1.Принтер;

2.Сканер;

3.Модем;

4.Колонки

и т. д.

Устройство системного блока.

Системный блок изготавливается в форме параллелепипеда, который может устанавливаться горизонтально или вертикально. Если корпус системного блока имеет горизонтальную конструкцию, то его используют как подставку для монитора. При вертикальной конструкции корпуса монитор располагается рядом. В некоторых моделях системный блок и монитор объединены.

На передней панели корпуса системного блока располагаются кнопки включения системного блока и установки некоторых режимов работы.

POWER- кнопка включения системного блока. На некоторых моделях системных блоков эта кнопка спрятана на заднюю панель.

RESET- кнопка "холодного" перезапуска компьютера. Позволяет перезагрузить компьютер в критических ситуациях, например, при "зависании" программ.

TURBO – кнопка переключения тактовой частоты т.е. изменения быстродействия компьютера. Рядом с этой кнопкой находится световое табло, высвечивающее значение тактовой частоты. В некоторых случаях при работе с программами, написанными для устаревших моделей компьютеров, требуется более низкая частота, которая устанавливается переключением этой кнопки.

На передней панели системного блока находится дисковод для одного или двух гибких дисков.

В системном блоке расположены основные части компьютера, управляющие работой всех остальных устройств. Внутри системного блока находятся:

ú центральный процессор или микропроцессор, управляющий работой всего компьютера;

ú постоянная память, в которой хранятся универсальные программы, обеспечивающие функционирование компьютера, и не исчезающие, после его выключения;

ú оперативная память, в которой хранятся и выполняются программы и данные в то время, пока работает компьютер;

ú адаптеры и контроллеры, управляющие работой периферийных устройств;

ú коммуникационные порты, обеспечивающие связь данного персонального компьютера с периферийными устройствами и с другими персональными компьютерами;

ú блок питания, подающий напряжение от сети к различным устройствам компьютера;

ú накопители или дисководы для гибких магнитных дисков;

ú CD-ROM;

ú накопитель на жестком магнитном диске или винчестер.

1. Материнская(системная)плата – самая большая в ПК плата, на которой размещены процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память (RAM), кэш-память, элемент ROM-BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты, видеокарта, звуковая карта и другие устройства.

 

Указанные устройства подключаются к материнской плате через специальные разъёмы (слоты):

Общая производительность материнской платы определяется тактовой частотой и количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

На материнской плате расположены:

 

 

1.1.Центральный процессор(центральное процессорное устройство – CPU) – мозг ЭВМ – основное устройство ПК, которое обрабатывает информацию, выполняют все вычисления и управляет работой компьютера.

Применительно к вычислительной технике под процессором понимают, обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды а также передавать и принимать информацию от других устройств.

Производство современных персональных компьютеров начались тогда, когда процессор был выполнен в виде отдельной микросхемы, выполняющей обработку информации.

 

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

•степенью интеграции;

•внутренней и внешней разрядностью обрабатываемые данных;

•тактовой частотой;

•памятью, к которой может адресоваться CPU.

Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов (самый простой элемент любой микросхемы) может поместиться на единице площади. Для процессора Pentium Intel эта величина составляет приблизительно 3 млн. на 3,5 кв.см, у Pentium Pro – 5 млн.

Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций (в зависимости от поколения процессоров – от 8 до 32 битов).

Внешняя разрядность процессора определяет сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства (от 16 до 64 и более в современных процессорах). Тактовая частота определяет быстродействие процессора. Тактовая частотауказывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за однусекунду и является самой важной характеристикой процессора, связанной с его быстродействием(измеряется в МГц). Для процессора различают внутреннюю (собственную) тактовую частоту процессора (с таким быстродействием могут выполняться внутренние простейшие операции) и внешнюю (определяет скорость передачи данных по внешней шине).

Количество адресов ОЗУ, доступное процессору, определяется разрядностью адресной шины.

 

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для IBM-совместимых компьютеров, невелико. В настоящее время известны: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument...

 

 

Фирма Intel является самым популярным производителем. _

Компания AMD является главным конкурентом Intel, т.к. производит около 80% процессоров с архитектурой IA32 (архитектура IA32 – Intel Architecture, 32-разрядная). Процессор Athlon – первый проект AMD, в котором она ото­шла от прямого копирования архитектур Intel и предложила рынку свой вариант платформы для PC. Процессор имеет кэш-­память объемом 128 Кбайт. Здесь реализован не только модуль ММХ, но и дополнительный набор инструкций, кото­рый обеспечивает более эффективную обработку графической информации. Фирма AMD создает и процессор Duron – конкурент процессора Celeron.

Кроме этих двух компаний, более простые и менее производи­тельные процессоры архитектуры IA32 выпускают также компании Rise и Centaur. Объем выпуска этих процессоров не велик – менее 1% рынка. Компьютеры Macintosh (настольные — iMac, PowerMac G4, PowerMac G4 Cube и ноут­буки — iBook, PowerBook G4) фирмы Apple существенно отличаются от IBM PC, хотя современному пользователю компьютера эти отличия и не очень заметны. В настоящее время в компьютерах Macintosh применяются два вида процессоров: G3, G4 компании Motorola и Power PC от IBM. Эти процессоры разрабатывались обеими фирмами совместно, ис­пользуя последние достижения технологии и учитывая опыт ис­пользования других процессоров. В результате получился очень эффективный процессор, который при равной частоте с процес­сорами Intel обеспечивает большую производительность. Но, пока частота работы процессоров G3, G4 и Power PC ниже.

1.2. Внутренняя память компьютера.

Память компьютера предназначена для хранения информации. В компьютере имеются два вида памяти: внутренняя и внешняя. Внутренняя память расположена в системном блоке. У компьютера есть три вида внутренней памяти: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), кэш-память и видеопамять.

1.2.1. Оперативная память (по-английски – Random Acces Memory или RAM, что переводится как "память с произвольной выборкой") - быстродействующая память ПК, хранящая информацию при включенном питании. Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ. Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти. ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. При выключении источника питания информация в ОЗУ не сохраняется (разрушается). Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе

Основой ОЗУ являются микросхемы памяти (chips), которые объединяются в блоки (банки) различной конфигурации. Для нормального функционирования системы большое значение имеет согласование быстродействия центрального процессора и ОЗУ. Оперативная память бывает: SIMM (Single In-Line Memory Module) и DIMM (Dual In-Line Memory Module).

Функции оперативной памяти:

ú приём информации от других устройств;

ú запоминание информации;

ú передача информации по запросу в другие устройства машины.

Объем оперативной памяти - один из важнейших параметров, опреде­ляющих скорость работы программных средств ПК. Необходимым объемом сегодня является 64 Мб и выше, однако, для эффективной работы новейшего ПО требования к объему оперативной памяти возрастают. Оперативная память выпускается модулями стандартных размеров по 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб и более. На материнской плате, как правило, есть не­сколько разъемов для модулей памяти, что предполагает возможность наращивания объема оперативной памяти.

Машины с процессором 286 имеют в среднем размер ОЗУ 1 – 2 Мб, 386 – 2–8 Мб, 486 – 8–16 Мб, Pentium и Р6 – 16– 2 Мб, Рentium 2 и Рentium 3 – 32 –128 Мб, Рentium4 – 64 – 256 Мб.

1.2.2. В постоянной памяти (ПЗУ-BIOS или CMOS Setup) – по-английски Read-Only Memory- ROM что означает "память только для чтения" – хранится программа BIOS (Basic Input/Output System ), что переводится на русский язык как Базовая система ввода-вывода. Эта программа обеспечивает при включении компьютера тестирование его основных узлов и загрузку операционной системы. BIOS находится в постоянной памяти компьютера и недоступна произвольным действиям пользователя. Без этой программы не начнет своей работы ни один компьютер. Данные в ПЗУ занесены при изготовлении.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая КЭШ-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью. Это сверхоперативная сверхскоростная промежуточная память. КЭШ устраняет простои процессора, так как скорость обмена процессора с КЭШ в несколько раз выше, чем с ОЗУ. Наличие КЭШ в 256 Кб может увеличить производительность ПК на 20%. Размер КЭШ-памяти составляет от 64 Кб до 512 Кб. В ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти.

Микропроцессоры Pentium Pro содержат кэш-память в едином корпусе с микропроцессором.

Энерго­независимая CMOS- память – CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semi­conductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора, хранят параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Это полупостоянная память.

Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера – SETUP.

Еще один вид памяти – видеопамять, т.е. память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение. Чаще всего её величина от 512Кб до 4 Мб для самых лучших ПК при реализации 16,7 млн. цветов. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера.

1.3 Видеоадаптер (графический адаптер) - плата, выполняющая вес опе­рации, связанные с управлением экраном (монитором) компьютера.

Характеристики:

· Разрешение, которое указывает на коли­чество точек на экране по горизонтали и вертикали для отображения информации. Стандартными значениями для разрешения являются 800x60 или 1024x768.

· Современные видеоадаптеры могут выполнять функции обработки изображений, для этого они имеют собственную видеопамять. Типовым объемом видеопамяти в настоящее время счита­ется объем от16 до 512 Мб.

1.4 Звуковая карта (саундбластер) – специальная плата, выполняющая операции по обра­ботке звука. К выходу саундбластера подключают колонки или наушники.. Для записи звука имеется разъем, позво­ляющий подключить микрофон.

Основной параметр – разрядность, определяющая количество битов, используемых для кодирования звука. Предпочтительным вариантом сегодня считает­ся 32-разрядная звуковая карта.

1.5 Сетевая карта.

Под компьютерной сетью понимают комплекс аппаратно-программных средств, позволяющих обмениваться информацией между отдельными рабочими местами.

Способ объединения компьютеров в сеть называют топологией сети, а правила обмена данными называют протоколом. Сети делятся на глобальные и локальные, а также на одноранговые сети и сети типа клиент-сервер. Встречаются следующие топологии сетей типа клиент-сервер: топология «звезда», кольцевая топология и шинная топология.

Компьютер подключается в сеть с помощью сетевой карты (сетевого адаптера). Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.

В качестве сетевого адаптера может использоваться модем (модулятор-демодулятор). Модемы могут быть внутренними и внешними.

1.6 Системная шина— основная интерфейсная система компьютера. Магистраль, обеспечивающая сопряжение и связь всех устройств между собой.

Физически магистраль выполнена в виде «печатного мостика» на системной плате с гнездами для подключения интегральных схем.

Системная шина включает в себя:

- кодовую шину данных (КШД), содержащую схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

- кодовую шину адреса (КША), содержащую схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

- кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

- шину питания, содержащую схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. Между микропроцессором и основной памятью;

2. Между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

3. Между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие разъемы подключаются к шине: непосредственно или через контроллеры (адаптеры), а на программном обеспечивается драйверами.

Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему контроллер шины, формирующий основные сигналы управления.

Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

В настоящее время существует несколько стандартов шин: ISA (Industry Sland art Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Extended ISA), VESA (Video Electronics SlandarlAssollallon), PCI (Peripheral Component Interconnect), USB (Universal Serial BUS), SCSI. В компьютерах Pentium используется, как правило, шина PCI.

 

 

Основные характеристики:

· Так­товая частота (максимально возможная скорость передачи информации);

· Разрядность (число проводников для одновременной передачи данных).

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. (Например, процессоры Intel 80486 имеют разрядность 32 при тактовых частотах от 33 до 80 Мгц., а Intel Pentium имеют разрядность 32 при тактовых частотах от 100 до 266 Мгц) Разрядность системной шины многим определяет производительность компьютера, поскольку она связывает между собой процессор, ОЗУ, слоты расширения.

2. Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера.

Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков:

- по виду носителя,

- по типу конструкции,

- по принципу записи и считывания информации,

- по методу доступа и т. д.

Носитель — материальный объект, способный хранить информацию.

 

 

2.1. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) (винчестер) – самый быстрый представитель дисковой памяти – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения

2.1.. Чаще его называют жесткий диск или по-английски хард-диск (Hard Disk) или – винчестер.

Интересна история названия "винчестер". Один из первых жестких дисков имел маркировку 30/30, аналогично маркировке калибра старинного английского охотничьего ружья винчестер. Отсюда и закрепилось за жестким диском название "винчестер", которое используется до сегодняшнего времени.

Винчестер состоит из нескольких жестких (чаще алюминиевых) дисков, с нанесенным на поверхность магнитным слоем и расположенных друг под другом и помещенных в корпус – специальное электронное устройство. Каждому диску соответствует пара головок записи/чтения. Зазор между головками и. поверхностью дисков составляет 0,00005–0,00001 мм. Эти диски вращаются с огромной скоростью, позволяющей быстро записывать и считывать информацию. Скорость вращения дисков в зависимости от модели находится в пределах 3600–7800 об./мин. При включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру, таким образом экономится время на его разгон.

К настоящему времени разработаны следующие типы винчестеров: MFM, RLL, ESDI, IDE, SCSI.

Единственный недостаток винчестеров: они не предназначены для обмена информацией (это касается стационарных, т.е. встраиваемых в корпус компьютера винчестеров, в настоящее время существуют сменные винчестеры).

Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, который называют форм-фактором (form factor).

Параметры винчестеров:

• Ёмкость(20-120 Гб в современных винчестерах и выше)
• Производи­тельность, которая определяется скоростью передачи данных и средним временем доступа. Скорость пере­дачи данных позволяет подключать к компьютеру свыше 4 устройств.

2.2.Накопитель на гибких магнитных дисках(дисковод) – предназначен для записи и считывания информации на дискету.

В дисководе имеются четыре основные элемента: рабочий двигатель, рабочие головки, шаговые двигатели, управляющая электроника. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты – 300 об./мин. Время запуска двигателя около 400 мс. Две рабочие головки (для чтения и записи каждая) предназначены для верхней и нижней поверхностей дискеты.

Движение и позиционирование головок происходит с помощью двух шаговых двигателей. Электронные схемы дисковода обмениваются информацией с контроллером дисковода, установленным на материнской плате. Скорость обмена данными для дисковода двойной плотности – 250 Кбайт/с, для дисковода высокой плотности – 500 Кбайт/с.