Архитектура пк взаимодействие устройств типы и характеристики памяти компьютера
Обновлено: 04.07.2024
Архитектура компьютера, организация внутренней и внешней памяти, магистраль, принципы работы и конфигурация компьютера
Для того чтобы понимать возможности и ограничения, существующие при работе с компьютерами, и уметь автоматизировать информационные процессы, недостаточно знать, из каких функциональных устройств состоит компьютер. Необходимо иметь представление о структуре компьютера и понимать принципы организации работы компьютера. Говоря другими словами, необходимо иметь представление об архитектуре компьютера.
Архитектура компьютера — структура и принципы организации работы компьютера, рассматриваемые без особенностей их технической реализации.
Все информационные процессы в компьютере осуществляются автоматически под управлением программ, созданных программистами. Программы состоят из команд. Процессор выполняет последовательность команд, обрабатывает данные и управляет всеми устройствами компьютера автоматически.
Вся информация в компьютере (данные и программы) хранится, обрабатывается и передается с использованием двоичного кода. Иначе говоря, информация в компьютере кодируется последовательностью нулей и единиц.
Адрес ячейки (адрес байта) — порядковый номер ячейки (байта) внутренней памяти компьютера.
Адрес ячейки памяти, как и вся информация в компьютере, представлен с использованием двоичного кода. Количество ячеек (байтов) памяти, а значит, емкость внутренней памяти зависит от количества двоичных разрядов, используемых для кодирования адреса ячейки (байта). Например, если для кодирования адреса ячейки использовано 8 двоичных разрядов (8 битов), то можно закодировать 256 адресов ячеек (28 = 256). А поскольку каждая ячейка содержит 1 байт информации, то информационная емкость всех ячеек памяти, имеющих адреса, составит 256 байтов, нумеруемых с 0 по 255 (табл. 21).
Носители внешней памяти компьютера размечаются (форматируются) на секторы. Каждому сектору присваивается свой порядковый номер, который называется адресом сектора. Информационная емкость одного сектора, как правило, составляет 512 байтов. Поскольку информационная емкость одного сектора довольно мала, то соседние секторы могут быть объединены в кластеры. В зависимости от параметров разметки носителя один кластер может содержать 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 соседних секторов. Обращение к кластеру происходит по адресу — порядковому номеру кластера.
Данные и программы хранятся в памяти компьютера единообразно с использованием двоичного кода. Причем в одних и тех же ячейках или секторах памяти в разное время могут храниться как данные, так и программы. Учитывая это, говорят, что память компьютера однородна.
Взаимодействие всех устройств компьютера осуществляется через общий канал связи — магистраль, которую также называют системной шиной. По магистрали передаются команды и обрабатываемые данные, адреса ячеек памяти, где хранятся данные или команды, управляющие сигналы, координирующие работу устройств компьютера. Через магистраль процессор управляет и высокоскоростными (регистры процессора, оперативная память, кэш-память) и низкоскоростными (внешняя память, устройства ввода и вывода) устройствами компьютера. Взаимодействие с низкоскоростными устройствами, как правило, требует преобразования сигналов (например, из аналогового сигнала в цифровой сигнал) и выполнения определенных операций. Для того чтобы процессор не ждал, пока низкоскоростные устройства выполнят его команды, используются контроллеры, которые управляют работой таких устройств. Контроллеры частично выполняют функцию процессора, и в этом случае говорят уже не о процессоре, а о центральном процессоре и контроллерах.
Магистраль компьютера (системная шина компьютера) — совокупность проводников, связывающих центральный процессор и внутреннюю память с устройствами управления внешней памятью, устройствами ввода и вывода для передачи адресов ячеек памяти, данных, программ и служебных сигналов.
Основной характеристикой магистрали является ее разрядность, которая определяется количеством одновременно передаваемых битов информации. Разрядность магистрали напрямую связана с количеством двоичных разрядов, отводимых для кодирования адреса ячейки памяти, а значит, и с емкостью внутренней памяти компьютера. Разрядность магистрали должна быть согласована с разрядностью процессора.
Компьютер собирается из отдельных блоков (модулей) аналогично тому, как собирается игрушечный дом из кубиков детского конструктора. В компьютере можно заменять и добавлять блоки при условии их совместимости. Это не только не нарушит работу компьютера, но и, возможно, повысит его производительность или увеличит количество выполняемых им функций.
Таким образом, можно выделить следующие основные принципы, которые лежат в основе архитектуры как ранее разработанных, так и большинства современных компьютеров.
Принцип программного управления компьютером — компьютер автоматически управляется командами программы, которые понятны процессору.
Принцип двоичного представления данных и команд в компьютере — вся обрабатываемая информация (данные и команды программы) представляется с использованием двоичного кода, а значит, единообразно представляется в виде последовательности нулей и единиц.
Принцип адресности памяти компьютера — внутренняя память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой адрес, аналогично внешняя память состоит из секторов, каждый из которых также имеет свой адрес.
Принцип однородности памяти компьютера — обрабатываемые данные и исполняемые программы могут храниться в одной и той же памяти компьютера.
Принцип магистрально-модульного устройства компьютера — все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль (системную шину), каждое устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока (модуля), который легко подключается или заменяется.
Принцип открытой архитектуры компьютера — каждый физически неисправный или устаревший по характеристикам блок можно заменить на новый блок без внесения изменений в конструкцию компьютера.
Говорят, что компьютеры, построенные с учетом этих принципов, имеют магистрально-модульную архитектуру (рис. 20).
Все устройства компьютера взаимодействуют через магистраль. Непосредственно к магистрали подсоединяются центральный процессор и основная память компьютера. Остальные устройства подключены к магистрали через контроллеры. Центральный процессор управляет всеми устройствами с помощью команд.
Устройства компьютера могут быть изготовлены как в виде отдельных элементов (например, мышь, клавиатура, видеоадаптер), так и конструктивно объединены в единый блок (например, жесткий диск состоит из самого носителя, накопителя на жестком ди ске и контроллера жесткого диска). Подсоединяя к магистрали наборы разных модулей, можно собирать компьютеры, различные по возможностям, характеристикам и составу устройств. Иначе говоря, можно получать компьютеры разной конфигурации.
Рис. 20. Магистрально-модульная архитектура компьютера
Конфигурация компьютера — совокупность взаимосвязанных устройств, составляющих компьютеры, и их основные технические характеристики.
Приведем пример конфигурации современного персонального компьютера: 32-разрядный центральный процессор с тактовой частотой 3,3 ГГц, оперативная память объемом 1 Гбайт с частотой работы 800 МГц, жесткий диск объемом 320 Гбайтов со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту, кэш-память объемом 16 Мбайтов, видеопамять объемом 512 Мбайтов, накопитель DVD ± RW.
Для организации взаимодействия компьютеров в сети каждому компьютеру присваивается уникальный адрес. Так, например, в сетях Интернет и Интранет он называется IP-адрес (Ай Пи адрес). Поскольку IP-адрес состоит из 32 двоичных разрядов, то, используя их, можно закодировать адреса нескольких миллиардов компьютеров. Подключение компьютера к сети обеспечивается устройством ввода-вывода (сетевой картой), которое, с одной стороны, взаимодействует через контроллер с магистралью этого компьютера, а с другой — с компьютерной сетью.
Развитие архитектуры компьютера происходит в нескольких направлениях. Среди них основными являются параллельное выполнение нескольких операций и одновременное использование нескольких процессоров (многопроцессорных систем) в компьютере. Это позволит повысить быстродействие компьютеров и сделать работу человека более эффективной.
Каждый логический узел компьютера выполняет свои функции.
Центральный процессор 1 — электронный блок либо интегральная схема, исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.
Рисунок 1 – Процессор
обработка данных (выполнение над ними арифметических и логических операций);
управление всеми остальными устройствами компьютера.
Тактовая частота (в МГц, ГГц) и подразумевает под собой количество тактов (вычислений) в секунду.
Частота шины – тактовая частота (в МГц), с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной материнской платы.
Множитель – коэффициент умножения, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора, методом умножения частоты шины на коэффициент (множитель).
Разрядность (32/64 bit) — максимальное количество бит информации, которые процессор может обрабатывать и передавать одновременно.
Кэш-память первого уровня, L1 — это блок высокоскоростной памяти, который расположен на ядре процессора, в него помещаются данные из оперативной памяти. Сохранение основных команд в кэше L1 повышает быстродействие процессора, так как обработка данных из кэша происходит быстрее, чем при непосредственном взаимодействии с ОЗУ.
Кэш-память второго уровня, L2 — это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.
Кэш-память третьего уровня обычно присутствует в серверных процессорах или специальных линейках для настольных ПК.
Ядро – определяет большинство параметров центрального процессора: тип сокета, диапазон рабочих частот и частоту работы FSB. характеризуется следующими параметрами:
Техпроцесс Масштаб технологии (мкм), которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора.
Напряжение, которое необходимо процессору для работы и характеризует энергопотребление.
Тепловыделение – мощность (Вт), которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора.
Тип сокета – то есть разъём для установки процессора на материнской плате.
Оперативная память 2 или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.
Рисунок 2 – Оперативная память
Функции оперативной памяти:
прием информации от других устройств;
передача информации по запросу в другие устройства компьютера.
Характеристики оперативной памяти:
тип DDR — 1, 2, 3, 4;
тайминги – длительность импульсов и пауз обновления ячеек памяти;
тактовая частота оперативной памяти — частота в МГц (количество импульсов в секунду), с которой работает оперативная память;
тактовая частота шины — частота канала, по которому идёт обмен данными между оперативной памятью и процессором;
пропускная способность — это сколько за секунду времени может быть «пропущено» данных через плату оперативной памяти;
Жёсткий диск, винчестер (накопитель на жёстких магнитных дисках, или НЖМД) 3 — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Винчестер является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. Именно на жёсткий диск устанавливается операционная система или другое программное обеспечение.
Рисунок 3 – Жёсткий диск
Характеристики жёстких дисков:
скорость вращения шпинделя;
наработка на отказ;
среднее время ожидания;
энергопотребление и тепловыделение.
Видеокарта 4 — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.
Рисунок 4 – Видеокарта
производитель видеопроцессора (GPU);
частота GPU, МГц;
количество занимаемых слотов на материнской плате;
объем видеопамяти, ГБ;
тактовая частота видеопамяти, МГц;
шина обмена данными с памятью, бит;
поддержка SLI и CrossFire;
поддержка разных версий DirectX;
необходимость дополнительного питания.
В основе архитектуры современных ЭВМ лежит магистрально-модульный принцип (рис. 26), который позволяет комплектовать нужную конфигурацию и производить необходимую модернизацию. Он опирается на шинный принцип обмена информацией между модулями
Рисунок 5 – Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Системная шина или магистраль компьютера включает в себя три многоразрядные шины:
шину данных – для передачи различных данных между устройствами компьютера;
шину адреса – для адресации пересылаемых данных, то есть для определения их местоположения в памяти или в устройствах ввода/вывода;
шину управления, которая включает в себя управляющие сигналы, которые служат для временного согласования работы различных устройств компьютера, для определения направления передачи данных, для определения форматов передаваемых данных и т. д.
Основой построения модульного устройства компьютера является материнская (или системная) плата 5 — печатная плата, которая содержит основную часть устройства (рис. 6).
Рисунок 6 – Материнская плата
На системной (материнской) плате размещаются:
генератор тактовых импульсов;
контроллеры внешних устройств;
звуковая и видеокарты;
Многообразие компьютеров
В настоящее время рынок персональных компьютеров представлен огромным количеством моделей различных конфигураций. Основными факторами, влияющими на дальнейшее развитие компьютерной индустрии, станет снижение цен, появление в этом сегменте рынка все большего числа производителей. Компьютерный бизнес — одна из самых динамично развивающихся сфер как российской, так и мировой экономики.
Также положительную динамику рынка персональных компьютеров связывают с глобальной «мобилизацией» потребителей. Сегодня все больше рядовых пользователей переходят с громоздких настольных машин на портативные ПК — например, ноутбуки и нетбуки. Немудрено, что при таком невероятном многообразии компьютеров пользователю практически невозможно выбрать персональный компьютер самостоятельно.
Существует различные системы классификации ЭВМ:
по производительности и быстродействию;
по уровню специализации;
по типу используемого процессора;
по особенностям архитектуры;
Рассмотрим одну из таких классификаций.
1. Персональные компьютеры
1.1 Стационарные компьютеры. Занимают постоянное место, например, компьютерный стол. Обладают большими вычислительными мощностями чем переносные гаджеты. Выделим основные виды подобных устройств:
Десктопы. Самые мощные и производительные персональные компьютеры, основным компонентом которого является системный блок, занимающий постоянное место. К блоку подключаются периферийные устройства – клавиатура, мышь, монитор и прочее. Такое устройство является модульным, то есть отдельные его части подлежат замене, что позволяет постоянно обновлять и улучшать показатели работы компьютера.
Неттопы. По сути это те же десктопы, но они обладают меньшими габаритами и более экономным энергопотреблением. Их производительность меньше, но для некоторых задач она не настолько важна, а вот отсутствие шума для некоторых покупателей является приоритетом. Такой девайс занимает меньше места и его значительно проще разместить в домашних или офисных условиях, что также имеет высокую ценность в некоторых ситуациях.
Моноблоки. У данного вида стационарных ПК отсутствует видимый системный блок – все его компоненты размещены в мониторе, который так же служит корпусом для комплектующих. Такие устройства обладают высокой эстетичностью и меньшими требованиями к наличию свободного места, а топовые моноблоки практически не уступают по характеристикам привычным десктопам.
1.2. Портативные компьютеры – переносные персональные компьютеры, имеют высокие требования к мобильности конструкции и ее весу, способны работать в автономном режиме, для увеличения которого производители зачастую жертвуют производительностью системы. Этот вид ПК классифицируют следующим образом:
Ноутбуки – переносные компьютеры, оснащенные батареей, которая позволяет устройство работать без подключения к электрической сети. В одном корпусе такого гаджета одновременно находятся все необходимые элементы – монитор, клавиатура, процессор и прочая начинка.
Нетбуки – это компактные ноутбуки, которые приносят производительность в жертву легкости веса и упрощения мобильности, они отлично подходят для тех, кто любит работать не только за определенным рабочим местом, но и буквально где придется – в поезде, кафе или библиотеке.
Планшеты – нечто среднее между смартфонами и ноутбуками. Обладают довольной большой диагональю экрана порядка 10 дюймов, весят заметно меньше ноутбуков. Управляются посредством сенсорного дисплея, хотя, например, планшетные ноутбуки обладают полноценной клавиатурой.
Карманные компьютеры и смартфоны. Форм-фактор КПК был крайне популярен на заре нулевых, когда мобильные телефоны еще не предоставляли широких возможностей. Пришедшие на смену КПК смартфоны проигрывают в производительности более тяжелым и мощным ноутбукам, зато они имеют неоспоримое достоинство – они умещаются в карман и их всегда можно иметь под рукой.
2. Вычислительные серверы – благодаря таким компьютерам обеспечивается доступ к сетям, в том числе и интернету. Все файлы и информация, которую пользователь видит на экране монитора при веб-серфинге, хранится на таких серверах. Для таких компьютеров огромную роль играет производительность, но есть и более важная характеристика подобных систем – надежность. Вычислительные серверы должны без сбоев работать весь срок своей службы. Такие типы компьютеров всегда имеют резервные копии данных, что сказывается на общей концепции их архитектуры.
В основе такой аппаратуры лежит параллельная обработка информации, потому серверы стали пионерами в развитии многопроцессорности и многоядерности, которая сегодня используется уже повсеместно.
3. Суперкомпьютеры –профессиональные машины с наиболее высокой на сегодняшний день производительностью, они используются в научных лабораториях и крупном бизнесе. Такое устройство представляет собой целый комплекс компьютерных устройств, который может занимать огромные помещения. Каждый составной элемент подобной махины отвечает за свою конкретную задачу, подобная структуризация и векторная организация позволяют решать самые сложные проблемы, требующие невероятного объема расчетов.
4. Другие виды – многие устройства, которые привычно воспринимаются опосредовано от компьютерной составляющей, например, банкоматы или игровые приставки, также по большому счету являются компьютерами. Бытовая техника тоже имеет в себе встроенные компьютеры, ответственные за выполнение ряда функций. Роботы, которые постепенно получают все большее распространение в нашей жизни, так же являются компьютерными устройствами.
Многообразие внешних устройств, подключаемых к компьютеру
Периферийные 6 (внешние) устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря этим устройствам компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.
По назначению периферийные устройства можно подразделить на:
устройства ввода данных;
устройства вывода данных;
устройства хранения данных.
Рисунок 7 – Классификация периферийных устройств
Виды программного обеспечения компьютеров
Программное обеспечение (ПО, англ. software) – это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение с их помощью задач предметных областей. Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.
ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которые можно условно разделить на две группы:
1. Системное программное обеспечение (системные программы);
2. Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);
Системное программное обеспечение – это программы, управляющие работой компьютера и выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др. Они предназначены для всех категорий пользователей, используются для эффективной работы компьютера и пользователя, а также эффективного выполнения прикладных программ.
Центральное место среди системных программ занимают операционные системы (англ. operating systems).
Операционная система управляет работой компьютера с момента включения до момента выключения питания. Она загружается автоматически при включении компьютера, ведет диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, дисковым пространством и т.д.), запускает другие программы на выполнение и обеспечивает пользователю и программам удобный способ общения – интерфейс – с устройствами компьютера. Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям.
Сервисные системы расширяют возможности ОС по обслуживанию системы, обеспечивают удобство работы пользователя. К этой категории относят системы технического обслуживания, программные оболочки и среды ОС, а также служебные программы.
Системы технического обслуживания – это совокупность программно-аппаратных средств ПК, которые выполняют контроль, тестирование и диагностику и используются для проверки функционирования устройств компьютера и обнаружения неисправностей в процессе работы компьютера. Они являются инструментом специалистов по эксплуатации и ремонту технических средств компьютера.
Служебные программы (утилиты, лат. utilitas – польза) – это вспомогательные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг по реализации часто выполняемых работ или же повышающие удобство и комфортность работы. К ним относятся:
программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют более плотно записывать информацию на дисках, а также объединять копии нескольких файлов в один, так называемый, архивный файл (архив);
антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения;
программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
драйверы – программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению устройствами ввода/вывода, оперативной памятью и т.д. При подключении к компьютеру новых устройств необходимо установить соответствующие драйверы;
коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами и др.
Прикладное программное обеспечение предназначено для решения задач пользователя. В его состав входят прикладные программы пользователей и пакеты прикладных программ различного назначения.
Прикладная программа пользователя – это любая программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут использоваться либо автономно, либо в составе программных комплексов или пакетов.
Пакеты прикладных программ – это специальным образом организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией.
1 англ . central processing unit, CPU
2 англ . Random Access Memory , RAM , память с произвольным доступом
3 англ . hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD
4 также видеоадаптер, графический адаптер, графическая плата, графическая карта, графический ускоритель
Компьютер — это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.
Архитектура персонального компьютера – логическая организация, структура и ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.
В основе работы компьютера лежит магистрально-модульный принцип построения.
Как видно на рисунке, Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
между микропроцессором и основной памятью;
между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств.
Магистраль состоит из трех многоразрядных шин:
Шина данных служит для передачи данных между различными устройствами. Разрядность определяется разрядностью процессора.
Шина адреса передает адреса устройств или ячеек оперативной памяти, причем передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность определяется объемом адресуемой памяти, т.е. количеством ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.
По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.
Главной частью ПК является системный блок, внутри которого расположены основные узлы компьютера: материнская плата, блок питания, блок накопителей внешних носителей, жесткий диск.
Наиболее важным компонентом системного блока является материнская (или системная) плата. На ней располагаются:
- процессор с теплоотводом,
- оперативная память,
- набор управляющих микросхем(чипсет),
- BIOS,
- кэш-память,
- шины,
- слоты расширения,
- батарейка и другие устройства.
Процессор – основная микросхема компьютера, в которой производятся все вычисления.
Внешне процессор представляет собой кремневую пластинку с миллионами и миллиардами транзисторов и каналов для прохождения сигналов.Назначение процессора – это автоматическое выполнение программы. Он является основным компонентом любого компьютера.
Ключевыми компонентами процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры и устройство управления. АЛУ выполнят основные математические и логические операции. Все вычисления производятся в двоичной системе счисления. От устройства управления зависит согласованность работы частей самого процессора и его связь с другими (внешними для него) устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Кэш данных и команд хранит часто используемые данные и команды.
1.Тактовая частота соответствует количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду. Измеряется в Ггц.
2.Разрядность определяется количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
4.На мощность (производительность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных, также важное значение имеет объем кэш-памяти, которая позволяет ускорить выборку команд и данных и тем самым уменьшить время выполнения одной команды.
5.Кристалл любого современного процессора оснащен встроенным графическим модулем. У процессоров одного семейства он одинаковый, но частота работы и производительность могут при этом отличатся в разы.
Оперативная память - запоминающее устройство с произвольным доступом.
1.Хранение данных и команд для дальнейшей их передачи процессору для обработки.
2.Хранение результатов вычислений, произведенных процессором.
3.Считывание (или запись) содержимого ячеек.
Оперативная память состоит их ячеек, каждая из которых имеет свой собственный адрес. Все ячейки содержат одинаковое число бит. Соседние ячейки имеют последовательные адреса. Адреса памяти также как и данные выражаются в двоичных числах.
Внешне оперативная память персонального компьютера представляет собой модуль из микросхем (8 или 16 штук) на печатной плате. Модуль вставляется в специальный разъем на материнской плате.
По конструкции модули оперативной памяти для персональных компьютеров делят на SIMM (одностороннее расположение выводов) и DIMM (двустороннее расположение выводов).
Принято выделять два вида оперативной памяти: статическую (SRAM) и динамическую (DRAM). SRAM используется в качестве кэш-памяти процессора. DRAM - непосредственно в роли оперативной памяти компьютера.
1.Информационная емкость (Гбайт).
3.Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является пропускная способность, которая равна произведению разрядности шины данных и частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти.
Объем используемой памяти можно увеличить путем добавления к физической памяти виртуальной памяти. Виртуальная память выделяется в форме области жесткого диска и по логической организации является частью оперативной памяти.
Basic Input-Output System — Базовая система ввода-вывода. Система контроля и управления подключенными к компьютеру устройствами. В BIOS заложены основные параметры, необходимые для того, чтобы распознать такие устройства, как жесткий диск и оперативная память.
Чипсет предназначен для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате и включает в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).
Шина AGP (Accelerated Graphic Port – ускоренный графический порт) предназначена для подключения видеоплаты к северному мосту.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина взаимодействия периферийных устройств) обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств, которые устанавливаются в слоты расширения системной платы.
UDMA (Ultra Direct Memory Access) – прямой доступ к памяти - режим обмена данными между устройствами компьютераили же между устройством и основной памятью без участия центрального процессора(ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.
Шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) – используется для подключения периферийных устройств.
COM – последовательный порт.
LPT – параллельный порт.
SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). Дополнительно на многие современные платы устанавливается отдельный разъем под названием mSATA (miniPCI), предназначенный на для установки быстрого SSD-накопителя на основе флеш-памяти.
Жесткий диск позволяет хранить большие объемы информации. Емкость жестких дисков современных компьютеров может составлять терабайты. Жесткий диск представляет собой герметичную железную коробку, внутри которой находится один или несколько магнитных дисков вместе с блоком головок чтения/записи и электродвигателем.
При включении компьютера электродвигатель раскручивает магнитный диск до высокой скорости (несколько тысяч оборотов в минуту) и диск продолжает вращаться все время, пока компьютер включен. Над диском "парят" специальные магнитные головки, которые записывают и считывают информацию так же, как и на гибких дисках.
Характеристики жесткого диска:
2.Объем кеш-памяти. Как и процессор жесткий диск оснащен быстрой памятью-кэшем, которая ускоряет процесс обмена данными с системной платой. Размер этой памяти может составлять 32 либо 64 Мб.
3.Скорость доступа к данным показывает насколько быстро диск может найти нужный файл или папку. (она составляет от 4 до 15 милисекунд).
4.Скорость чтения данных измеряется сотнями мегабит в секунду.
5.Количество оборотов, которое пластины диска совершают в минуту. (5400 или 7200 оборотов в минуту).
Видеокарта — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.
Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP, PCI Express).Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты — как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ.
1.Ширина шины памяти — количество бит информации, передаваемой за такт; измеряется в битах.
2.Объём видеопамяти — объём собственной оперативной памяти видеокарты, измеряется в мегабайтах . Больший объём далеко не всегда означает большую производительность.
3.Частоты ядра и памяти — измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
4.Текстурная и пиксельная скорость заполнения, измеряется в млн. пикселей в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени.
1.Графический процессор (Graphics processing unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения.
2.Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти.
3.Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п.
4.Видеопамять выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов).
5.Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП; RAMDAC — Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор.
6.Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.
Звуковая карта — дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать).
Характеристики звуковой карты:
1.Частотная характеристика – определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 кГц.
2.Коэфициент гармоник – характеризует чистоту воспроизведение звука.
3.Отношение «сигнал/шум» - характеризует уровень звукового сигнала по отношению к фоновому шуму и измеряется в дБ. Чем больше этот показатель, тем лучше качество воспроизведения звука.
Сетевая карта - дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
Характеристики сетевой карты:
1.установленная микросхема контроллера(микрочип);
2.разрядность – имеются 32- и 64-битные сетевые карты (определяется микрочипом);
3.скорость передачи – от 10 до 1000 Мбит/с;
4.разъем под тип подключаемого кабеля (коаксиальный, витая пара, волоконно-оптический кабель).
Блок питания – служит для преобразования переменного тока из сети в постоянный ток различных напряжений для питания компонентов компьютерной системы. В дополнение к сказанному, блок питания обеспечивает определенную защиту от помех и участвует в охлаждении компьютерного корпуса, если расположен в его верхней части.
Характеристики:
1.Мощность. Она должна быть, по меньшей мере, равна суммарной мощности, которую потребляют комплектующие ПК при максимальной вычислительной нагрузке. В противном случае компьютер может выключаться в моменты пиковой нагрузки, перезагружаться или, что гораздо хуже, блок питания сгорит, а если, сгорая, подаст на остальные устройства высокое напряжение, то это приведет к их поломке.
2.КПД. Этот показатель говорит о том, какая доля потребляемой блоком питания энергии из электрической сети достается комплектующим компьютера. Чем выше КПД, тем меньше греется блок питания (и нет необходимости усиленного охлаждения с помощью шумного вентилятора), т.е. более эффективно преобразует энергию из электрической розетки в заявленные ватты и, конечно, тем меньше расходует энергии впустую, на обогрев.
3.Модуль PFC («коррекция фактора мощности») - специальный элемент, предназначенный для коррекции коэффициента мощности и направленный на защиту сети. PFC условно делится на активный (Active) и пассивный (Passive).
4.Максимальная сила тока на отдельных линиях.
Презентация по теме: «Архитектура компьютеров и их основные характеристики» Автор: Гартман Елена Павловна, преподаватель информационных дисциплин Предмет: Информатика и ИКТ Участники: студенты 1-ых курсов
Архитектура персонального компьютера Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.
Архитектура компьютера - обычно определяется совокупностью его свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции 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.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом: Принцип программного управления Принцип однородности памяти Принцип адресности Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру
Устройство компьютера Компьютер – это универсальное программно управляемое автоматическое устройство для обработки информации различных видов. Архитектура персонального компьютера Архитектура фон Неймана Шинная : Устройства взаимодействуют через общую магистраль - шину Открытая : Изменяемый состав устройств Централизо-ванная : Устройства взаимодействуют через центральный процессор Фиксирован-ная : Неизменный набор устройств
Аппаратные средства персонального компьютера
Базовая конфигурация компьютера: системный блок; монитор; клавиатура; мышь.
Системный блок: Основной блок компьютера. В нем находятся внутренние устройства. К нему подключаются внешние устройства.
Составные части системного блока: Корпус горизонтальный вертикальный
Компоненты материнской платы. гнездо для процессора; базовая система ввода/вывода (ROM BIOS); гнезда модулей оперативной памяти DRAM; разъемы шины; микросхемы системной логики; батарея.
Процессор. Центральный процессор(ЦП) - это электронный модуль, который выполняет в компьютерной системе основную вычислительную работу и управляет взаимодействием между всеми блоками и системами компьютера. Именно к ЦП стягиваются все магистрали компьютерной системы. Центральный процессор находится в функциональном центре компьютерной системы c его помощью компьютер решает очень сложные задачи за короткие промежутки времени. Каждый микропроцессор имеет определённое число элементов памяти, называемых регистрами , арифметико-логическое устройство ( АЛУ ), и устройство управления . Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора. В АЛУ производится арифметическая и логическая обработка данных. Устройство управления реализует временную диаграмму и вырабатывает необходимые управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора
Процессор: Управляет всеми ресурсами компьютера и выполняемыми программами. Характеристики: модель; тактовая частота; разрядность кулер процессора
Модификация процессоров. Фирма Intel предлагает процессоры следующих модификаций: Xeon – для серверов учреждений. Intel Pentium - для производительных настольных компьютеров. Се leron – домашние ПК. Фирма AMD предлагает следующие модификации: Athlon - для настольных компьютеров и графических станций Duron – для недорогих домашних компьютеров.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Первые процессоры были 16-разрядные. Современные процессоры семейства Intel Pentium 32-разрядные, 64-разрядные.
Тактовая частота показывает, сколько операций может производить ЦП за одну секунду. Первые процессоры могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня до 3000 МГц и выше.
Виды памяти Память компьютера делится на: внутреннюю — оперативную (энергозависима, «быстрая») внешнюю — долговременную (энергонезависима, «медленная») Быстродействие определяется временем доступа процессора к данным: Время доступа совр.жесткого диска секунды Время доступа опер.памяти секунды
Оперативная память предназначена для хранения программ и данных, которые используются процессором в текущий момент. Содержимое оперативной памяти пропадает после выключения питания. Оперативная память:
Оперативная память: В нее загружаются запускаемые программы и данные, с которыми работают эти программы в настоящий момент. Характеристики: тип памяти ( DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM ); форм-фактор; объем; частота.
Оперативная память П.К. Оперативная память (ОЗУ) - это основная память компьютера, предназначенная для хранения текущих данных и выполняемых программ, а также копий отдельных модулей операционной системы. Большинство программ в процессе выполнения резервируют часть оперативной памяти для хранения своих данных. К данным, хранящимся в оперативной памяти, ЦП может обращаться непосредственно, используя хост-шину. После отключения питания компьютера все содержимое ОЗУ стирается. Основной составной частью микросхем ОЗУ является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить 1 Бит (0 Бит) информации. Каждый ЭП имеет свой адрес, который задаётся сегментом памяти и смещением. При этом ячейки памяти объединяются в банки памяти.
Существуют два основных типа устройств оперативной памяти: Динамическая память Статическая ( кэш-память)
Виды устройств памяти. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). ПЗУ — энергонезависимое устройство, т. е. данные, находящиеся в нем, не зависят от того, включен ли компьютер. В ПЗУ хранится программа запуска компьютера, которая называется BIOS (базовая система ввода/вывода). BIOS начинает работать после включения питания компьютера. Эта программа загружает с диска операционную систему и далее в работе компьютера не участвует.
Видеопамять – это вид памяти, обслуживающая устройство визуального отображения выводимой информации — монитор. Сначала формируется содержимое видеопамяти, а затем адаптер монитора выводит изображение на экран.
Контроллер Для связи между отдельными функциональными узлами ПК используется специальное устройство – шина , через которую осуществляется связь ЦП с устройствами, подключенными к данному ПК через контроллеры или адаптеры. Контроллер (адаптер) — это электронная схема, управляющая работой вверенного ему внешнего устройства.
Карты расширения : сетевая карта модем TV -тюнер
Видеокарта : используется для обработки видеоинформации и ее отображения на экране монитора.
Видеоадаптер. MDA (Monochrome Display Adapter - монохромный адаптер дисплея) - простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC. CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер) - первый адаптер с графическими возможностями. VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной графики) - расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. SVGA (Super VGA - "сверх" VGA) - расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса. Устройство, называемое видеоадаптером (или видеокартой), есть в каждом компьютере в виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента - платы расширения. Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Основные виды видеоадаптеров:
Видеоадаптер Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снижает нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений.
Звуковой адаптер Трудно представить современный компьютер молчаливым, без возможности услышать сигналы, музыку, речь. Так как наша речь (и музыка) достаточна, сложна и это приводит к большой загрузке процессора во время её вывода, то появилась необходимость в разгрузке звукового ввода и вывода. Для этого и служит звуковая карта . Вместе со звуковой картой обычно используются специальные звуковые колонки или реже наушники.
Звуковая карта. Звук высокого качества может обеспечить, конечно, только звуковая карта. Она предназначена для воспроизведения и записи звука на компьютере. Диапазон звуковых карт широк от простейших, предназначенных для невзыскательного слушателя, до звуковых карт для профессиональной работы. Звуковая карта состоит из нескольких основных модулей. Это : Модуль цифровой обработки звука , называемый также цифровым звуковым процессором( DSP - Digital Sound Processor ). Осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и наоборот. FM -синтезатор. Микширующее устройство. Модуль микширования включает в себя собственно микшер и усилители. Микшер предназначен для смешивания от различных устройств карты. Амплитуда, а следовательно и громкость каждого сигнала управляются независимо для каналов воспроизведения и записи. Блок MPU (MIDI Processing unit- устройство MIDI обработки ). Осуществляет приём и передачу данных по внешнему MIDI -интерфейсу.
Сетевая карта Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга. При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния. Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.
Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами (принтером, сканером, клавиатурой, мышью …) компьютер оснащается портами. Порты ввода/вывода - основные узлы для подключения к компьютеру внешних устройств . Порты: последовательные и параллельные. Примеры портов: COM (последовательный порт) LPT (параллельный порт) USB (последовательный с высокой производительностью) PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)
Внешние интерфейсы : PS/2 USB Ethernet (RJ45) FireWire (IEEE1394) eSATA Разъемы звуковой карты RCA
привод компакт-дисков карт ридер жесткий диск флоппи дисковод Устройства хранения информации:
Жесткий диск встроен внутрь системного блока и постоянно находится там. Жесткий диск представляет собой набор металлических или керамических дисков, покрытых магнитным слоем. Жесткий диск
Винчестер Винчестер - это устройство внешней памяти, позволяющее, в отличие от оперативной памяти, сохранять информацию продолжительное время. Внутри металлического корпуса винчестера содержится несколько нанизанных на одну ось жестко закрепленных металлических или стеклянных пластин, покрытых магнитным слоем. Корпус защищает дисковод от внешних воздействий (пыли, электромагнитных полей). Основные характеристики жестких дисков : Диаметр дисков : Частота вращения шпинделя : Число цилиндров : Диаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия . Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов Определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm). Определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024,
Дисковод и CD-ROM Для транспортировки данных между удаленным компьютерами используются гибкие диски (дискеты) и компакт-диски CD-ROM . Для записи и чтения данных, размещенных на дискетах, служит дисковод . Для чтения компакт дисков служат дисководы CD-ROM. Емкость одной дискеты – 1.44 Мбайт, компакт-диска – 650-700 Мбайт.
Мониторы на электронно-лучевой трубке жидкокристаллические
Клавиатура : клавишное устройство для управления работой компьютера и ввода информации.
Читайте также: