Основным отличием архитектуры мобильных устройств от архитектуры персональных компьютеров является

Обновлено: 06.07.2024

Для многих пользователей более чем достаточно знать о чипсете количество его ядер.

А для тех, кому интересны подробности, мы расскажем, что же такое понятие «архитектура процессора» и какая она бывает в смартфоне или планшете.

При выборе гаджета подобная информация едва ли пригодится, однако оценить хотя бы в первом приближении использованную в нем SoC поможет.

Формальное определение

С этой точки зрения архитектура процессора представляет собой совместимость с тем или иным набором команд, структурой и способом их исполнения.

Как правило, именно по набору команд, точнее, по их количеству и сложности, и осуществляется классификация архитектур.

На сегодняшний день в мобильных устройствах используются процессоры двух основных архитектур:

Кроме того, это весьма благотворно сказывается на энергоэффективности процессоров.

Именно поэтому подавляющее большинство мобильных устройств использует чипсеты, основанные на ARM архитектуре.

Вторая, x86 относится к другому типу – CISC (complex instruction set computer). В нем используются сложные команды, которые перед выполнением разбиваются на более простые.

Эта архитектура была больше известна по процессорам для ПК и ноутбуков, однако их более современные модели являются CISC совместимыми с RISC ядром. В чистом же виде x86 сохранилась в мобильных SoC Intel Atom.

Кто создает процессоры на основе ARM архитектуры

Если с x86 всё более-менее понятно, то с ARM у неискушенного пользователя возникает вопрос: а кто же ее разрабатывает? Этим занимается компания ARM Limited.

Собственных мощностей по производству микроэлектроники у нее нет, однако разработанные ею процессорные ядра Cortex используются другими производителями.

Вот только некоторые компании, которые пользуются лицензиями на ее разработки:

В мобильных чипсетах используется несколько разновидностей ядер Cortex-Ax, где производительность ядра тем выше, чем большее значение x.

Однако ARM Limited не ограничивается только процессорами для смартфонов, поэтому ядра ее разработки на основе архитектуры ARM можно встретить, например, в роутерах или принтерах. Там они имеют другую маркировку – Mx или Rx.

Ядра постоянно обновляются, появляются новые, а использование старых в новых моделях чипсетов прекращается. На момент написания статьи актуальными являлись:

Cortex-A15.
Cortex-A17.
Cortex-A53.
Cortex - A57.
Cortex-A72.

А потому, чтобы снизить «прожорливость» чипсета в целом, ARM Limited предложила новую технологию big.LITTLE, сущность которой закодирована в ее названии.

В составе SoC используются ядра двух разных типов: топовые и экономичные. В режиме ожидания, когда не требуется высокая производительность, хороши энергосберегающие ядра, а если начинает работать ресурсоемкое приложение, то подключаются более производительные.

А как же x86?

Традиционно считается, что устройства на ее основе слишком прожорливы. В действительности это не так: современные чипсеты Atom имеют довольно низкое энергопотребление за счет изменения тактовой частоты в зависимости от режима работы.

На рынке «больших» компьютеров правит архитектура x86, тогда как мобильные решения захвачены разработками концерна ARM. Так ждут ли нас перемены?

С момента появления самых первых персональных компьютеров конкурентная борьба процессорных гигантов переживала множество обострений. Принято считать, что основным законодателем развития персоналок была компания Intel со своей архитектурой x86, хотя в те времена существовала масса других решений, многие из которых так или иначе дожили до наших дней.

Сейчас мы имеем относительно стабильную ситуацию: на рынке «больших» компьютеров правит архитектура x86, тогда как мобильные решения захвачены разработками концерна ARM. Так ждут ли нас перемены?

Вполне возможно. Развитие технологий и колебания рынка привели к ситуации, когда специалисты всерьез обсуждают возможность обострения конкуренции между процессорами ARM и x86.

Процессоры ARM впервые появились в 1978 году, когда была создана британская компания Acorn Computers. Под маркой Acorn выпускались несколько чрезвычайно популярных на местном рынке моделей персональных компьютеров на основе восьмибитных чипов MOS Tech 6502. Этот же ЦП, кстати, стоял в Apple I и II и Commodore PET.

Однако с появлением более совершенной модели 6510, которая в 1982 году стала устанавливаться в Commodore 64, линейка компьютеров Acorn, включая популярнейший образовательный BBC Micro, потеряла актуальность. Это подтолкнуло владельцев Acorn к созданию собственного процессора на базе архитектуры 6502, который позволил бы на равных конкурировать с машинами класса IBM PC.

Проект под названием Acorn RISC Machine (ARM) был создан в октябре 1983 года. Разработку возглавили Уилсон и Фербер — их основной целью было достижение низкой латентности обработки прерывания, как у MOS Technology 6502. Архитектура доступа к памяти, взятая от 6502, позволила разработчикам достичь хорошей производительности без использования дорогостоящего в реализации модуля DMA. Первый процессор был произведен компанией VLSI 26 апреля 1985 года — тогда он впервые заработал и был назван ARM1, а первые серийные процессоры под названием ARM2 стали доступны уже в 1986 году. Кристалл ARM2 состоял из 30 000 транзисторов, и эта компактность конструкции сопровождает нас до сих пор: у ARMv7 всего на 5000 транзисторов больше.

В отличие от Intel или AMD, корпорация сама ничего не производит, предпочитая продавать это право другим. Среди компаний, обладающих лицензиями, есть те же Intel и AMD, а также VIA Technologies, IBM, NVIDIA, Nintendo, Texas Instruments, Freescale, Qualcomm, Samsung и, конечно же, Apple.

В отличие от процессоров ARM, основанных на базе архитектуры RISC (Reduced Instruction Set Computer), ЦПУ x86 используют CISC (Complex Instruction Set Computing, то есть полный набор инструкций), в котором каждая инструкция может выполнять сразу несколько низкоуровневых операций.

История возникновения семейства x86 началась в 1978 году, когда была представлена 16-разрядная модель Intel 8086. Сначала он работал на частоте 4,77 МГц, которая позднее была увеличена сперва до восьми, а затем до 10 МГц. Этот процессор изготавливался по 3-мкм технологии и имел 29 000 транзисторов.

Сейчас, говоря об архитектуре x86, мы подразумеваем процессоры Intel, хотя в те годы ситуация была далеко не столь проста. Дело в том, что эти чипы стали основой IBM PC, построенных по принципу открытой архитектуры. Соответственно, производить (и продавать) такие компьютеры хотели многие компании, процессоров на всех не хватало и, естественно, тут же нашлись специалисты, научившиеся копировать дефицитные микросхемы. Происходило это во всем мире, не исключая СССР – отечественные инженеры смогли создать чип КР1834ВМ86, не уступавший заокеанскому аналогу.

Впрочем, 32-битными процессоры x86 стали лишь в 1985 году, когда был представлен первый 80386. В 1989 году Intel выпустила скалярный (то есть выполняющий одну операцию за один такт) чип i486, в котором появились встроенная кэш-память и блок вычислений с плавающей запятой FPU. Процессоры Pentium, представленные в 1993 году, стали суперскалярными (то есть выполняющими несколько операций за такт) и суперконвейерными (в них было два конвейера).

Формально главным отличием линеек ARM и x86 является набор инструкций RISC и CISC. Однако начиная с модификации Intel 486DX, микросхемы x86, сохраняя совместимость со всеми предыдущими наборами команд, демонстрируют максимальную производительность лишь с ограниченным набором простых инструкций, который напоминает пресловутый набор RISC-команд. Впрочем, есть и другие отличия – так, сейчас x86 являются универсальными ЦПУ, имеющими множество блоков и модулей, предназначенных для реализации любых поставленных задач, начиная от обработки текстовых файлов и заканчивая работой с трехмерной графикой. В то же время ARM, ориентированные на использование в смартфонах, планшетах и других портативных устройствах имеют другие возможности и ориентированы на иные цели.

Разумеется, если сравнивать топовые модификации x86 и ARM, результат окажется плачевным для последних, ибо вычислительная мощность Core i7 существенно превосходит скромные возможности новейшего Apple A7. Однако на рынке мобильных устройств ситуация далеко не столь однозначна. Все, что может предложить Intel, это семейство процессоров Atom, тогда как ведущие компании успешно осваивают выпуск довольно мощных решений на ядре Cortex A-53 и A-57.

Интересно, что если большинство «настольных» процессоров Intel используют внеочередное выполнение команд, Atom работает по принципу последовательного исполнения инструкций. Неудивительно, ведь в его основе лежит модифицированное ядро, унаследованное от первых Pentium. Чип адаптировали под новый техпроцесс, добавили возможность исполнения 64-битного кода и мультимедийных инструкций, а также кэш-память второго уровня и поддержку многопоточного исполнения (SMT, аналог Hyper-threading). Однако как говорилось выше, для удешевления конструкции было решено отказаться от внеочередного исполнения команд, что не лучшим образом сказалось на производительности данного решения.

Переломным моментом может стать решение Intel, озвученное исполнительным директором корпорации Полом Отеллини (Paul Otellini) на ежегодной встрече с инвесторами в Санта Клара. По его словам, уже сейчас многие отраслевые специалисты интересуются, на какую долю рынка смартфонов и планшетов рассчитывает Intel. Соответственно, теперь основная задача компании сделать свои чипы привлекательными настолько, чтобы основные игроки рынка больше не смогли их игнорировать. Например, компания Apple использует процессоры Intel только в своих ноутбуках и настольных ПК, а в смартфонах и планшетах использует ARM-чипы собственной разработки. В Intel надеются, что в скором времени ситуация изменится в их пользу. Такая уверенность базируется на применении передовых технологий и огромном научно-производственном потенциале компании.

Конечно, это всего лишь слова – даже такой могущественной корпорации будет очень сложно догнать конкурентов, несколько десятилетий успешно работающих в сфере мобильных технологий. Однако оснований для оптимизма по завоеванию мобильного рынка у компании Intel более чем достаточно.

Преимущество может заключаться в том, что разрабатываемые Intel решения для мобильных устройств опираются на ту же архитектуру, что и в настольных процессорах, обеспечивая тем самым высокую производительность, а планируемый в этом году переход к 14-нм технологиям должен раз и навсегда решить проблему энергопотребления.

В то же время тайваньская компания MediaTek, известная недорогими решениями для смартфонов и планшетных компьютеров, анонсировала в этом году новую платформу для устройств указанных типов – MT6595. В новом чипсете используется концепция ARM big.LITTLTE, подразумевающая применение кластеров из процессорных ядер. В MT6595 предусмотрены четыре мощных ядра ARM Cotrex-A17, а также четыре экономичных ядра Cortex-A7. Судя по всему, все ядра могут работать параллельно – это одна их самых сложных реализаций ARM big.LITTLTE. За обработку графики в MT6595 отвечает ускоритель PowerVR Series 6 от Imagination Technologies.

Так стоит ли нам ожидать в ближайшее время обострение конкурентной борьбы между семействами процессоров ARM и x86? Вопрос довольно сложный. С одной стороны, Intel при желании, скорее всего, сможет модернизировать свои решения на базе Atom, доведя их до совершенства, с другой – не факт, что это сможет заинтересовать производителей популярных смартфонов и планшетов. Дело в том, что производственные мощности компании не безграничны, тогда как выпуск процессоров с ARM-архитектурой рассредоточен по всему миру. Рынок мобильных устройств, выпускаемых сейчас, исчисляется миллиардами, поэтому Intel, с ее нежеланием лицензировать свои решения, скорее всего, просто не сможет обеспечить требуемое количество процессоров – такая ситуация уже возникала в конце прошлого века.

Предлагаем вашему вниманию вольный сокращенный перевод статьи, написанной инженерами китайского подразделения Intel и посвященной анализу трендов в области операционных систем для смартфонов.
Мир вокруг нас становится все шире. Мы перемещаемся на большие расстояния вместе со своими мобильными устройствами, помогающими нам поддерживать связь с родными и коллегами и предоставляющими огромное количество различных сервисов. Основой же любого функционала мобильного устройства является его операционная система. Исходя из собственного опыта в разработке таких ОС и своего видения сегодняшней ситуации на рынке, мы выделяем несколько параметров, по которым, на наш взгляд, будет оцениваться любая будущая ОС – это ощущения пользователей, управление энергопотреблением, поддержка облачных технологий и открытость. В данной статье мы покажем результаты наших исследований текущих мобильных ОС, исходя из приведенной группы критериев.

Введение

Дизайн мобильных ОС прошел эволюцию от ОС для настольных ПК через встраиваемые ОС до тех продуктов, которые мы видим в смартфонах сейчас. В течение этого процесса архитектура ОС менялась от сложной к простой и остановилась где-то на середине. Сама же эволюция приводилась в движение технологическими достижениями в аппаратной и программной области, а также в интернет сервисах.

В недавнем прошлом модель использования мобильных устройств была весьма простой. Пользователь запускал приложения для управления данными или оффлайновых игр, иногда загружал статические веб-странички или пользовался почтой. Сейчас ситуация поменялась кардинальным образом: больше нет «предустановленных» функций, устройство выступает неким порталом в среду, где множество игроков – сервис провайдеры, независимые разработчики и т.д. – предоставляют огромное количество сервисов.

Модели использования мобильных устройств

Все они имеют документированные SDK с прописанными API, что позволяет разработчикам создавать приложения под эти ОС;
Все они имеют он-лайн каталоги приложений, где разработчики публикуют свои приложения и откуда пользователи их скачивают;
В каждой реализована многозадачность и поддержка 3D-графики, широко используются датчики и сенсорные экраны;
Во всех системах большое внимание уделено гладкости и отзывчивости во взаимодействии с пользователем;
Использование интернет далеко ушло от статических страниц, HTML5 становится платформой по умолчанию для Web-приложений;
Все ОС поддерживают мобильные системы платежей;
Все системы сфокусированы на оптимизации энергопотребления.

Ощущения пользователей

Традиционное понятие производительности с трудом применимо к мобильным устройствам. Вместо статической производительности по отношению к смартфонам логичнее оперировать понятием комфортности для пользователя, способностью оптимально реагировать на его действия, выраженной в чувствительности, плавности, логичности и точности работы. Совершенно обычна ситуация, когда устройство А уступает Б по совокупности бенчмарков, однако с точки зрения пользовательского восприятия ценится выше, ведь тесты, измеряя те или иные подсистемы смартфона, не принимают в расчет взаимодействие с пользователем, а человек оценивает прежде всего это.

Возьмем для примера видео. Традиционные тесты оперируют рядом метрик, таких как FPS или количество потерянных кадров. В этом подходе есть как минимум две проблемы. Первая: воспроизведение видео – это только одно действие из целого комплекса, включающего запуск плеера, загрузку в него видеоданных, процесс перемотки и т.д. С точки зрения пользователя, оценивать нужно все вместе. Другая проблема состоит в том, что FPS как ключевая величина гладкости взаимодействия не всегда отражает ощущения пользователя. Например, при скроллинге изображения в приложении Gallery3D на устройстве Б мы видим ощутимые подтормаживания, а на устройстве А всё идет гладко, хотя FPS на нем ниже. Чтобы понять, в чем проблема, мы нанесли период отрисовки фреймов на ось времени. Теперь, наверное, причина видна всем: кроме FPS как такового, надо учитывать его стабильность, то есть вводить метрику максимального отклонения от средней величины.

Фреймрейты в приложении Gallery3D на устройствах А и Б

В качестве сравнения приведем график фреймрейта устройства Б после его оптимизации. Как видим, средний FPS почти не изменился, чего не скажешь об ощущениях пользователя.

Фреймрейт на устройстве Б после оптимизации

ПО затрагивает множество программных и аппаратных компонент, а также их взаимодействие;
ПО вынуждена считаться с вопросами энергопотребления, поскольку это также влияет на ощущения пользователей;
ПО оперирует жесткими временными рамками; приложение должно работать с комфортной пользователю скоростью, не быстрее и не медленее;
ПО носит во многом субъективный характер, и многое зависит от чутья разработчика.

Управление энергопотреблением

Энергоэффективность всегда была головной болью для разработчиков мобильных ОС. Прожорливость приложений постоянно растет, и прогресс в аккумуляторных технологиях за ней хронически не успевает. Вот почему важность управления питанием все время возрастает, и для решения этой проблемы необходимо применять поистине глобальный подход.

За последнее десятилетие значительных успехов в области экономии энергии достигли мобильные процессоры. Современные модели поддерживают технологии динамического изменения напряжения и частоты, таких как Enhanced Intel SpeedStep. Со стороны ОС управлением режимами работы процессора занимаются специальные компоненты ядра, такие, например, как cpufreq в Linux. В настоящее время мы наблюдаем процесс перемещения передового фронта борьбы за энергоэффективность от процессоров (где уже сделано немало) к другим системам мобильных устройств. Например, внедрение динамического управления графическим процессором (подобного тому, что применяется в ЦПУ) позволяет в некоторых случаях экономить до 50% энергии. Внимания заслуживают также системы ввода-вывода; повышение их интеллектуальности, способности самостоятельно выбирать оптимальный режим работы также положительно скажется на потреблении.

В нынешних ОС ситуация с энергопотреблением такова. ОС Android исповедует принцип «гибкого саспенда». Не имея средств управления рабочим энергопотреблением устройства, Android агрессивно пытается перевести систему в состояние саспенда, если в ней не происходит ничего интересного, что определяется отсутствием блокировок (wakelock). Windows 8 предлагает принципиально новое состояние устройства, названное «подключенным ждущим режимом». В отличие от традиционного ждущего режима S3, при котором приостанавливаются все системные процессы, здесь система продолжает работать в чрезвычайно экономном режиме, позволяя, например, принимать e-mail. Подключенный ждущий режим реализован аппаратно в процессоре и программно в ядре системы.

Корректность работы приложений с точки зрения энергопотребления остается ахиллесовой пятой обоих описанных подходов к сбережению. Недавние исследования показали, что бесплатные приложения Android потребляют 75% энергии впустую, показывая рекламу в свернутом режиме и не отдавая блокировку. То же самое справедливо и для Windows 8, где даже одно приложение, написанное неверно с точки зрения энергоэффективности, не позволит всей системе уйти в подключенный ждущий режим. В настоящее время не существует четкого понимания, как бороться с такого рода «кривыми» приложениями.

Открытость

Другой важной отличительной чертой мобильной ОС является ее открытость. Под открытостью мы понимаем меру свободы в использовании, распространении, настройки и усовершенствовании ОС для своих нужд. Существует отдельное исследование, посвященное открытости ОС с точки зрения разработчика; здесь же мы рассматриваем ее в рамках экосистемы, то есть всех сторон, так или иначе связанных с эксплуатацией этой ОС.

Еще совсем недавно большинство телефонов имели внутри себя закрытое ПО, куда не имели доступ сторонние разработчики; пользователям же приходилось довольствоваться встроенным инструментарием. В процессе эволюции появились смартфоны с операционными системами, допускающими установку стороннего ПО, которое взаимодействовало с ОС посредством API; разработчикам были предоставлены соответствующие инструменты программирования (SDK). Хорошим примером ОС подобного рода является Apple iOS. Большую свободу для всей экосистемы предоставляют ОС с открытым кодом, как, например, Android; преимущества открытого кода может почувствовать даже конечный пользователь, не имеющий отношения к программированию – они, например, в количестве производителей, использующих эту ОС и, в конечном счете, количестве моделей.

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

Читайте также: