Системная шина, видеоадаптер, звуковая карта, контроллеры и др.

þ Связь между процессором, оперативной памятью и внешними устройствами организована при помощи единой многопроводной линии, называемой информационной магистралью (или системной шиной, или каналом).

По системной шине передаются данные между процессором и осталь­ными устройствами ПК.

Шина компьютера может представлять собой набор проводящих линий, вытравленных на печатной плате, провода припаянные к выводам разъемов, в которые вставляются печатные платы, либо плоский кабель. Компоненты компьютерной системы физически расположены на одной или нескольких печатных платах, причем их число и функции зависят от конфигурации системы, её изготовителя, а часто и от поколения микропроцессора.

Основными характеристиками системной шины являются так­товая частота (максимально возможная скорость передачи информации) и разрядность (число проводников для одновременной передачи данных).

Системная шина (FSB, Front Side Bus) – система проводников, обеспечивающая связь всех устройств ПК.

þ Видеоадаптер (графический адаптер, видеокарта, графическая плата, графическая карта) (англ. videocard)– плата, выполняющая все опе­рации, связанные с управлением экраном (монитором) компьютера, устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

þ Звуковая карта (звуковая плата, музыкальная плата) (англ. sound card) — это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере.– специальная плата, выполняющая операции по обра­ботке звука.

þ Сетевая плата (сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами компьютерной сети.

þ Адаптеры и контроллеры – устройства, которые служат для управле­ния работой устройств ПК.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Каждый из функциональных элементов ПК (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты.

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Контроллеры устройств интегрированных в материнскую плату – группа микросхем, которые совместно управляют всеми отдельными компонентами ПК.

þ Коммуникационные порты – специальные разъемы для подключения периферийных устройств к системному блоку.

þ Блок питания – устройство, содержащее системы автономного и сете­вого энергопитания персонального компьютера.

þ Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла (по сути охлаждения) в компьютере.

Основные действия ПК по работе с информацией: ввод, обработка, хранение, вывод.

Центральный процессор

Обработка информации происходит в процессоре – основным элементе любого компьютера.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Подчеркнем, что работа процессора происходит под управлением программы.

Некоторые основные характеристики процессоров:

тактовая частота – это количество тактов (операций) процессора в секунду. Связана с частотой внутреннего тактового генератора основного микропроцессора (до 3,2 – 6,3 ГГц)[4]. Тактовая частота устанавливает минимальный промежуток времени (такт), за который процессор выполняет некоторое элементарное действие. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Чем выше тактовая частота (меньше промежуток времени), тем быстрее ра­ботает центральный процессор. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку помимо частоты на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие специальных инструкций и др.;

Частота системной шины (FSB).

внутренняя разрядность данных – количество бит, одновременно обрабатываемое внутри ЦПУ (16, 32, 64). AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Xeon 64 и прочие.

технологический процесс производства (техпроцесс), степень интеграции чипа – это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов (транзисторов), составляющих основу внутренних цепей процессора. Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров. В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см). Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. Модуль электронной памяти (Intel, 2007 г.) размером с ноготь содержит 1млрд. транзисторов, имеющих в поперечнике по 45 нм (1 нм = 10^‑9 м = 10^{-6 мм), что примерно в тысячу раз меньше размеров эритроцита — клетки крови человека.}Корпорация Intel (2008 г.) первой выпустила микропроцессор с более чем 2 млрд. транзисторов, чип создан по 65-нанометровой технологии.Согласно планам Intel, в 2011 г. должен быть начат выпуск процессоров по 22-нм техпроцессу.

адресация памяти – размер поддерживаемой памяти. Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространством процессора и является важной характеристикой компьютера. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

Объем кэш-памяти

Количество ядер

Процессоры Intel: Pentium, Celeron, Merced, Core, Xeon и др.

Фирмы-конкуренты: AMD (AMD-K6, К7, Hammer, Duron, Athlon, Opteron, Sempron, Athlon 64 Х2 и др.) и Cyrix (MediaGX).

Функции процессора:

· обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

• программное управление работой устройств компьютера.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.

В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.

Память компьютера

Хранением информации в ПК занимаются несколько разнотипных устройств.

Функции памяти:

· приём информации из других устройств;

• запоминание информации;
• выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с про­извольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Объем ОЗУ обычно [5] составляет от 512 Мб до 9 Гб.

На материнской плате, как правил, есть не­сколько разъемов для модулей памяти, что предполагает возможность наращивания объема оперативной памяти. Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем — (64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 168 или 184).

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ не­большого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, потому что в настоящее время тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно не намного меньше частоты ЦП. Кэш разделен на несколько уровней (до 3 для универсальных процессоров).

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память ПЗУ (ROM), ППЗУ перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input-Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. Объем ПЗУ значительно меньше, чем ОЗУ, не превышает несколько сотен Кбайт. Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь современные технологии позволяют обновлять его, даже не извлекая из компьютерной платы.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

Средствами BIOS нельзя предусмотреть все многообразие устройств персонального компьютера. (Например, параметры винчестера заранее неизвестны программе обслуживания диска в BIOS.) Значит, необходимо наличие дополнительного устройства памяти, в котором будут и хра­ниться параметры устройств, входящих в состав данного ПК при от­ключении питания. Такое устройство называется CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, комплементарная структура «металл-окисел-полупроводник»). Это микросхема полупроводниковой памяти с очень низким потреблением электроэнер­гии, в ПК она питается от маленькой батареи и называется памятью CMOS. В CMOS как раз и хранятся данные о стандартных устройствах, образующих конфигурацию ПК

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя память

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ (ВЗУ) – это энергонезависимая память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации.

В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Физически внешняя память реализована в виде накопителей.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для продолжительного (что не зависит от электропитания) хранения больших объемов информации. Емкость накопителей в сотни раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями. Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители с сменными и постоянными носителями.

Привод – это объединение механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя.

Носитель – это физическая среда хранения информации.

По внешнему виду может быть дисковым, полупроводниковым или ленточным. По принципу запоминания различают магнитные, оптические и магнитооптичческие носители. Ленточные носители могут быть лишь магнитными, в дисковых носителях используют магнитные, магнитооптические и оптические методы записи-считывания информации.

В состав внешней памяти компьютера входят:

· накопители на жёстких магнитных дисках (HDD);

• накопители на гибких магнитных дисках (FDD);
• накопители на оптических компакт-дисках (СD, DVD, Blu-Ray (50 Гб-1 Тб) и т.п.);
• накопители на магнито-оптических компакт-дисках (MO);
• накопители на магнитной ленте (стримеры)

· полупроводниковые флэш-память, флэш-карты (до 256 ГБ)

• голографические многоцелевые диск (HVD, Holographic Versatile Disc) до 3.9 терабайт (TB), что сравнимо с 6000 СD, 830 DVD или 160 однослойными дисками Blu-Ray; скорость передачи данных — 1 Гбит/сек.

· Universal Media Disc (UMD) — оптический накопитель до 1,8 Гб

· SSD диски ­− твердотельные накопители (без движ. частей, до 1 Тб) и др.

Устройства ввода и вывода

Устройства ввода информации

Цель функции ввода в компьютере – преобразование поступающей извне информации (образов, звуков, нажатий клавиш, положений указателя, напряжений термопар и т.д.) в двоичные числа.

§ Клавиатура (механические (под каждой клавишей расположена пружина) и пленочные).

§ Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры.

§ Цифровые фотокамеры, веб-камеры

§ Микрофон

§ Манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, сенсорная панель, тачпойнт, тачпад и др.) – это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

трекболы

§ Световое перо – устройство, напоминающее обычное перо, на кончике которого имеется светочувствительный детектор. Если прикоснуться таким пером к экрану дисплея, то в этом месте появится система прямоугольных координат с началом в точке прикосновения. Перемещение пера по экрану вызовет появление рисунка

§ Дигитайзер — устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в циф­ро­вую форму.

§