Процессор. Оперативная, внешняя память.

Процессор

Процессор (от — обрабатывать) — устройство или программа, целью которых является обработка (процесс) чего-то (объекта, процесса). Процессор - это главная микросхема компьютера, его «мозг». Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

Какие параметры отличают один процессор от другого? Это, прежде всего, тактовая частота, разрядность, рабочее напряжение, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш памяти. Центральный процессор (ЦП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit — CPU) — процессор машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающая за выполнение основной доли работ по обработке информации — вычислительный процесс.

Современные ЦПУ, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами. С середины 80-х последние практически вытеснили прочие виды ЦПУ, вследствие чего термин стал всё чаще и чаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Тем не менее, — это не так, а центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров даже сегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Сегодня в мире существует три основных производителя процессоров: Intel, AMD, VIA Technologies

Визуально процессоры этих фирм-изготорителей выглядят следующим образом:

Производительность работы процессора зависит от его тактовой частоты.

Такт – это наименьшая единица измерения времени для процессора как логического устройства; на каждую операцию расходуется как минимум один такт.

Оперативная память

Оперативная память (ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, RAM), как её еще называют.) — часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции и время доступа к которой не превышает одного его такта.

DRAM (dynamic random access memory) — тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом (RAM), также запоминающее устройство, наиболее широко используемое в качестве ОЗУ современных компьютеров.

DDR SDRAM

По сравнению с обычной памятью типа SDRAM, с удвоенной скоростью передачи данных была вдвое увеличена пропускная способность. (Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов.)

Icon

Для справки: память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц, её время полного доступа — 30 и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5, 3,75, 3 и 2,5 нс. Примеры обозначения модулей памяти: DDR200, DDR266, DDR333, DDR400

DDR2 SDRAM

Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Основываясь на технологии DDR SDRAM, этот тип памяти за счёт технических изменений показывает более высокое быстродействие и предназначен для использования на современных компьютерах.

Icon

Для справки: память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Некоторые производители модулей памяти помимо стандартных частот выпускают и образцы, работающие на нестандартных (промежуточных) частотах. Они предназначены для использования в разогнанных системах, где требуется запас по частоте. Время полного доступа — 25, 11,25, 9, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла — от 5 до 1,67 нс.

DDR3 SDRAM

Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Конструктивные исполнения памяти DRAM

Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP, SOIC, BGA и в виде модулей памяти типа SIPP SIMM, DIMM, RIMM (для разъемов PCI системных блоков)

На рисунке снизу корпуса изображены: сверху вниз: DIP, SIPP, SIMM (30-контактный), SIMM (72-контактный), DIMM (168-контактный), DIMM (184-контактный, DDR)

 

Icon

Для примера предоставлены корпусные исполнения плат оперативной памяти, использующихся в современных ноутбуках:

 

Жесткий диск.

 

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер», «винт», «хард», «харддиск» — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации совмещён с накопителем, приводом и блоком электроники и (в персональных компьютерах в подавляющем количестве случаев) обычно установлен внутри системного блока компьютера.

Основные характеристики

Интерфейс (англ. interface) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается.

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Внешний HDD накопитель

Внешний HDD накопитель представляет собой обычный жесткий диск, помещенный в корпус и имеющий USB или FireWire выход для подключения к компьютеру или другому устройству, с которым необходимо обменяться данными. Внешние usb-винчестеры стали популярны в 2000 годы, благодаря всеобщей “мобилизации”. Портативные жесткие диски различаются, в первую очередь, объемом и скоростью работы.

Практически, внешние USB HDD накопители имеют точно такие же объемы, что и обычные, так что сейчас можно купить внешний HDD объемом до 1 Тб. В настоящее время внешние винчестеры производят более 30 компаний по всему миру.

 

Сетевые адаптеры.

Проводные сетевые контроллеры

Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Типы сетевых плат:

внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в ISA, PCI или PCI-E слот;

внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, ранее преимущественно использующиеся в ноутбуках;

встроенные в материнскую плату.
На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 4 типа разъёмов:

· 8P8C для витой пары;

· BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;

· 15-контактный разъем AUI трансивера для толкстого коаксиального кабеля.

· Оптический разъем (en:10BASE-EL и другие стандарты 10 Мбит Ethernet)

Icon

Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них.

На 100-мегабитных платах устанавливают либо разъём для витой пары (8P8C, он же RJ-45), либо оптический разъем (SC, ST, MIC). Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов сообщающих о наличии подключения и передаче информации. Так как наши сети в рамках подъезда построены по технологии Fast Ethernet - сетевая карта должна поддерживать разъем 8P8C.

Принято разделять несколько поколений сетевых контроллеров. Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции MAC-уровня (англ. MAC-PHY), скорость развита до 1 Гбит/сек, а также есть большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор.

Беспроводные сетевые контроллеры

WI-FI — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве среды передачи в таких сетях выступают радиоволны 2.4 и 5 ГГц

Беспроводной сетевой контроллер. Как можно понять, это адаптер, который подключает ваш компьютер к беспроводной сети.

Wi-Fi контроллеры бывают нескольких типов:

· Встроенные. Уже встроены в материнскую плату. Чаще всего используются в ноутбуках или КПК. Как правило, демонтировать из компьютера встроенный контроллер нельзя, но можно отключить и использовать вместо него другой. Большая часть современных ноутбуков оборудованы встроенными контроллерами Wi-Fi. Стоит выделить массово производящиеся контроллеры, построенные на чипах: Atheros, Broadcom, VIA, Realtek.

Внутренние с интерфейсом PCI. Пожалуй, один из самых распространённых типов сетевых контроллеров для персональных компьютеров. Как правило, эти сетевые карты имеют один светодиод, индикатор работы и гнездо для антенны. Платы могут поставляться с разными типами антенн: штырьковой, которая устанавливается непосредственно на планку адаптера и выносной.

Внутренние с интерфейсом PCMCIA. Наиболее удобный способ добавить поддержку беспроводной сети в ноутбук, по умолчанию не оборудованный такой поддержкой. Имеют встроенную антенну, компактны и просты в настройке. Существуют так же адаптеры со складными большими антеннами, обеспечивающими повышенный радиус действия беспроводной сети.

Внешние USB контроллеры с интерфейсом USB. Это самый универсальный тип контроллеров и самый удобный. Вы можете использовать USB-контроллер как с ноутбуком, так и с персональным компьютером. Особенно актуален данный тип контроллеров для владельцев компьютеров формата SFF, таких как Shuttle XPC. Такие контроллеры удобно носить с собой и их можно брать в поездку или наоборот - держать дома или в офисе как запасные, на тот случай если к вам пожалуют гости с ноутбуками без Wi-Fi контроллеров, но которым позарез нужен интернет на их машинах.

 

 

Основы информационных сетей

Понятие компьютерной сети

Начнём с определения компьютерной сети.

Компьютерная сеть-- два или более соединённых средой передачи (например, сетевым кабелем) компьютеров. Главная функция сети – предоставление возможности обмена информацией между пользователями сети.

В эту же концепцию укладывается принцип разделения ресурсов, когда пользователь сети может получить доступ к информации, программе или устройству, находящимся на другом компьютере. Например, пользователи сети могут работать с сетевыми программами и с файлами на удалённом компьютере или печатать на принтере, который физически подключён к какому-либо компьютеру в сети. Для реализации сетевого доступа к ресурсам, программы, файлы или принтеры должны быть предоставлены в совместный доступ.

Эволюция сетей

Первые многотерминальные системыпоявились ещё в начале 60-х годов, как способ организации вычислительной работы пользователей. Принцип работы многотерминальных систем состоит в разделении вычислительных ресурсов одного мощного компьютера между некоторым количеством пользователей. Терминалы осуществляют лишь вывод информации на дисплей и обеспечивают ввод с клавиатуры. Всю вычислительную нагрузку принимает на себя большой и мощный компьютер. В роли таких компьютеров в 60-х годах выступали мэйнфреймы IBM – мощные и надёжные компьютеры универсального назначения.

WAN (глобальные сети)

Первые глобальные сети(Wide Area Network - WAN) появились в результате решения проблемы доступа терминала к центральному компьютеру, удалённому от него на большое расстояние, порядка сотен километров. А для того, чтобы связать друг с другом центральные компьютеры, был разработан тип связи «компьютер-компьютер». Появилась возможность доступа с терминала к ресурсам нескольких больших компьютеров класса суперЭВМ. С помощью типа связи «компьютер-компьютер» были реализованы некоторые сетевые службы, например, служба обмена файлами, электронная почта и другие.

LAN (локальные сети)

Первые локальные сети(Local Area Network - LAN) появились в начале 70-х годов в результате технологического прорыва в области электроники – появились большие интегральные схемы. На смену большим компьютерам пришли мини-компьютеры, которые были значительно дешевле, а по производительности не уступали мэйнфреймам. Таким образом, каждый отдел предприятия получал возможность установить собственную многотерминальную систему. А для того, чтобы соединить системы отделов в единую сеть предприятия использовались различные нестандартные устройства сопряжения.

Стандартные локальные сети

Следующий шаг в эволюции вычислительных сетей – это появление первых персональных компьютеров (ПК). Именно появление ПК дало толчок к стандартизации технологий локальных сетей. В середине 80-х годов появились такие стандарты, как Ethernet, Arcnet, Token Ring. Благодаря стандартам, процесс развёртывания локальных сетей стал проще. Для развёртывания сети достаточно установить стандартные сетевые адаптеры, например, Ethernet, соединить их стандартным кабелем, с помощью стандартных разъёмов, и установить на компьютер операционную систему (ОС) с поддержкой стандартных сетевых протоколов.

Классификация сетей

LAN

LAN (Local Area Networks – локальные сети)-- сети, соединяющие между собой компьютеры в пределах одного или нескольких рядом стоящих зданий.

Отличительная особенность локальных сетей – применение высокоскоростных высоконадежных сред передачи, таких как коаксиальный кабель или витая пара. Расстояния, покрываемые локальными сетями, обычно не превышают нескольких километров.

WAN

WAN (Wide Area Networks – глобальные сети)-- сети, соединяющие между собой компьютеры или локальные сети, отстоящие друг от друга на большие расстояния. Глобальные сети могут объединять разные города, страны и даже континенты. Примером глобальной сети может служить всемирная сеть Интернет. Отличительная особенность глобальных сетей – применение самых различных технологий передачи данных, в том числе по линиям невысокого качества. Этим обусловлено применение в глобальных сетях высоконадежных протоколов, могущих гарантировать доставку данных без потерь и искажений. Кроме того, скорости передачи данных в глобальных сетях, как правило, значительно ниже по сравнению с локальными сетями.

MAN

MAN (Metropolitan Area Networks – региональныесети). Данный класс не всегда принято выделять как отдельный при классификации сетей. Под ним подразумеваются сети, покрывающие расстояния до сотен километров. Как правило, они объединяют локальные сети единого административного подчинения. Обычно транспортную основу таких сетей образуют высокоскоростные сети, использующие в качестве среды передачи оптоволокно.

Логическая топология сети «ЭР-Телеком»

Структура кабельной сети «ЭР-Телеком» предполагает четыре уровня. Три первых – оптические: магистральный (уровень города), субмагистральный (уровень кампуса) и домовые вводы (уровень мини-кампуса). Четвертый уровень – электрический (домовые распределительные сети). Магистральный уровень объединяет центральную головную станцию с подголовными станциями. В настоящее время магистральный уровень имеет топологию «звезда». Субмагистральный уровень соединяет Подголовные станции (ПГС) с миникампусными узлами. Вся внутрикампусная разводка выполняется четырехжильным оптическим кабелем. Две жилы используются для нужд кабельного телевидения, две – для нужд Интернет. На каждом доме ставится оптический ответвитель, который производит деление оптического сигнала в процентном соотношении. Топология субмагистрального уровня представляет собой оптическое кольцо. Каждый миникампусный узел обслуживает 24 дома, включенных по оптике. Такая схема позволяет охватывать максимальное количество домов. Используемая «ЭР-Телеком» кольцевая топология подключения позволяет, во-первых, повысить экономическую эффективность строительства сетей. Подключение по кольцу экономит кабель. Во-вторых, сводится к минимуму использование коаксиального кабеля при внешней прокладке между домами. Кольцевая схема включения миникампусных узлов предусматривает резервирование оптики для подачи телевизионного сигнала. Таким образом, при разрыве оптического кольца предусмотрено переключение оптического сигнала по обратному направлению. Что в разы повышает надежность работы сети.

ШИНА

В сетях с топологией «Шина»компьютеры подключаются к одному кабелю. Информация может распространяться по кабелю в обе стороны. Преимущества сетей с топологией «Шина» – дешевизна и простота разводки кабеля. Кабель подключается к сетевой плате компьютера с помощью специального Т-образного разъёма.

Недостатки – низкая надежность (при любом дефекте кабельной системы выходит из строя вся сеть) и низкая производительность, т.к. в определённый момент времени может передавать только один компьютер.

ЗВЕЗДА

В сетях с топологией «Звезда»компьютеры подключаются к центральному концентратору (хабу), который служит для передачи информацию с одного своего порта на все остальные. Преимущества – более высокая отказоустойчивость, так как только выход из строя концентратора может привести к останову сети. Кроме того, некоторые модели концентраторов могут выступать в роли интеллектуальных фильтров, которые управляют потоком информации или блокируют запрещённые администратором передачи. Недостатки – дополнительные расходы на оборудование и монтаж сети.

КОЛЬЦО

В сетях с кольцевой топологиейкомпьютеры подключаются последовательно, замыкая кольцо. Информация циркулирует по кольцу в одном направлении. Сети с кольцевой топологией предоставляют удобную возможность контроля отправителем правильности приёма сообщения, т.к. данные, сделав оборот, вернутся к отправителю. К недостаткам подобных сетей относится сложность алгоритмов контроля и восстановления целостности кольца.

ЯЧЕИСТАЯ ТОПОЛОГИЯ

В сетях с ячеистой топологией компьютеры соединяются по принципу «каждый с каждым». Такой способ подключения приводит к повышению отказоустойчивости всей сети. Но, с другой стороны, на развёртывание сети с ячеистой топологией требуется большое количество сетевого оборудования и кабеля.

ГИБРИДНАЯ ТОПОЛОГИЯ

Гибридные топологии - это комбинации двух или более топологий. Применяются, как правило, для улучшения характеристик сети или для получения компромиссного решения, учитывающего недостатки и преимущества той или иной топологии. Например, на практике, вместо ячеистой топологии с её избыточной стоимостью, применяют гибридно-ячеистую топологию, в которой дополнительными линиями связи соединяются только критичные к разрыву связи компьютеры, как правило, серверы. Другими примерами гибридных топологий могут служить топологии «звезда-шина»и«звезда-кольцо».

ЗВЕЗДА-ШИНА

Сеть, построенная по топологии «звезда-шина», представляет собой несколько сетей с топологией «звезда», соединённых общей магистралью. Такая топология может применяться для расширения сети с топологией «звезда», которая использует один концентратор.

ЗВЕЗДА-КОЛЬЦО

Сеть, построенная по топологии «звезда-кольцо», представляет собой несколько сетей с топологией «звезда», соединённых в одно кольцо.

Реализация сетей

Среда передачи данных

Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме. Среда передачи данных может быть естественной и искусственной. Естественная среда - это существующая в природе среда; чаще всего естественной средой для передачи сигналов является атмосфера Земли. Соответственно под искусственными понимают среды, которые были специально изготовлены для использования в качестве среды передачи данных. Представителями искусственной среды являются, например, электрические и оптоволоконные (оптические) кабели.

Искусственная среда

Типичными и наиболее распространенными представителями искусственной среды передачи данных являются кабели. При создании сети передачи данных выбор осуществляется из следующих основных видов кабелей: волоконно-оптический (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал (коаксиальный кабель), и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а волоконно-оптический кабель - световод, сделанный из стекла или пластмассы.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из четырех частей. Внутри кабеля размещена центральная жила (проводник, сигнальный провод, линия, носитель сигнала, внутренний проводник), окруженная изоляционным материалом (диэлектриком). Указанный слой изоляции охвачен тонким металлическим экраном. Ось металлического экрана совпадает с осью внутреннего проводника - отсюда и следует название «коаксиал». И, наконец, внешней частью кабеля является пластиковая оболочка. Существует несколько размеров коаксиального кабеля. Различают толстый (диаметром 0.5 дюйма) и тонкий (диаметром 0.25 дюйма) коаксиальные кабели. Толстый коаксиальный кабель более крепкий, стойкий к повреждению и может передавать данные на более длинные расстояния, но недостатком такого кабеля является сложность его подсоединения.

Витая пара

Витая пара (TP - twisted pair) - кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание осуществляется для уменьшения внешних наводок (наводок от внешних источников) и перекрестных наводок (наводок от одного проводника другому проводнику из одной и той же пары). Часто кабель на витой паре (точнее, на нескольких, как правило, 4 витых парах) называют просто «витая пара». В последние несколько лет производители витой пары научились передавать данные по своим кабелям с высокими скоростями и на большие расстояния. Некоторые из первых локальных сетей на персональных компьютерах использовали витую пару, но могли передавать данные только со скоростью 1 Мбит/с. В 1984 году, когда была представлена сеть Token Ring, она обладала способностью пересылать данные со скоростью 4 Мбит/с по экранированной витой паре. Современные достижения сделали возможной передачу данных по кабелю на витой паре со скоростью 1 Гбит/с (по 250 Мбит/с в каждой из 4 пар). По сравнению с волоконно-оптическими и коаксиальными кабелями, использование витой пары обладает рядом существенных преимуществ. Такой кабель более тонкий, более гибкий и его проще устанавливать. Он также недорог. И вследствие этого, витая пара является идеальным средством передачи данных для офисов или рабочих групп, где нет электромагнитных помех.

Однако, витая пара обладает следующими недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и сильное затухание сигналов. Кроме того, проводники витой пары подвержены поверхностному эффекту - при высокой частоте тока, электрический ток вытесняется из центра проводника, что приводит к уменьшению полезной площади проводника и дополнительному ослаблению сигнала.