Архітектура комп'ютерної системи

Рис. 4.1. Архітектура комп'ютерної системи.

Комп'ютерна система має модульну структуру. Для кожного пристрою (пам'ять, зовнішні пристрої) у системі є спеціальний пристрій керування (інакше кажучи, спеціальний процесор), названий контролером пристрою. Всі модулі (центральний процесор, пам'ять і контролер пам'яті, зовнішні пристрої і їхні контролери) з'єднані між собою системною шиною (system bus), через яку вони обмінюються сигналами. Роботою кожного контролера управляє драйвер -спеціалізована низькорівнева програма, що є частиною ОС.

От типова структура сучасної настільної або портативної комп'ютерної системи, із вказівкою найпоширеніших типів пристроїв й їхніх характеристик.

Центральний процесор – пристрій, що виконує команди (instructions) комп'ютерної системи. У сучасних комп'ютерах, як правило, він є багатоядерним, тобто має у своєму складі від 2 до 32 ядер (копій) процесора, що паралельно працюють на загальній пам'яті, або гібридним, який складається із центрального й графічного процесорів. Продуктивність кожного ядра – 3 – 3.2 GHz. Помітимо, що під продуктивністю розуміється в цьому випадку тактова частота процесора (ядра) – час виконання їм однієї найпростішої машинної команди. Однак є й інші важливі фактори, що визначають загальну продуктивність системи, - тактова частота пам'яті й системної шини. Фактично підсумкову продуктивність системи можна оцінити по самій повільній із цих частин системи (звичайно це системна шина). Ці характеристики необхідно приймати в увагу при виборі й покупці комп'ютера.

Оперативна (основна) пам'ять, або просто пам'ять – пристрій, що зберігає оброблювані дані. Обсяг пам'яті - 1 - 16 гігабайт і більше; менший обсяг пам'яті використати не рекомендується, тому що це може привести до значного уповільнення системи. Тактова частота пам'яті - 667 MHz - 1.5 GHz.

Системна шина – пристрій, до якого приєднані всі модулі комп'ютера й через яке вони обмінюються сигналами, наприклад, при перериванні. Тактова частота шини – 1 – 1.5 GHz (це і є фактично якась сумарна продуктивність системи). Звичайно використовується шина типу PCI (Personal Computer Interface). До неї можуть бути приєднані процесор, пам'ять, диски, принтер, модем й інші зовнішні пристрої.

Порти – пристрою з розніманнями для підключення до комп'ютера зовнішніх пристроїв. Кожен порт має свій контролер (і, відповідно, свій драйвер).

Найчастіше використається порт USB (Universal Serial Bus), з характерним плоскими роз'ємами, розміром порядку 1 см, із зображенням тризубця. До портів USB можуть підключатися більшість видів пристроїв, причому для цього не потрібно попередньо відключати комп'ютер і підключати пристрій, що дуже зручно. Є кілька стандартів USB з різною швидкодією. Найпоширеніший нині стандарт USB 2.0, що забезпечує швидкодію порту 240 – 260 мегабіт у секунду. Для порівняння, що попередній стандарт – USB 1.0 – забезпечував лише 10 – 12 мегабіт у секунду. Новітній стандарт USB 3.0, реалізація якого тільки почалася, забезпечить швидкодію не менш 1 гігабіта в секунду. До порту USB можна підключати клавіатуру, мишу, принтери, сканери, зовнішні жорсткі диски, флэшки й навіть TV-тюнери - пристрою для прийому телевізійного сигналу з антени й показу телевізійного зображення на комп'ютері.

Порти COM (communication ports) – порти для підключення різних комунікаційних пристроїв, наприклад, модемів – пристроїв для виходу в Інтернет і передачі інформації з аналогового або цифрової телефонної лінії. Більше стара назва стандарту COM-порту – RS-232. У комп'ютерах 10-15 – літньої давнини до COM-порту часто підключалася мишка (зараз вона, зрозуміло, підключається через USB). COM-порт інакше називають послідовним портом (serial port), тому що, з погляду ОС і драйверів, COM-порт – це символьний пристрій послідовної дії.

Порт LPT (від line printer), або паралельний порт – це нині вже застарілий вид порту для підключення принтера або сканера. Всі нові моделі принтерів і сканерів працюють через USB-порти.

Порти SCSI й SCSI-пристрої. SCSI (Small Computer System Interface; вимовляється " скАзи", з наголосом на першому складі) – інтерфейс, адаптери й порти для підключення широкого спектра зовнішніх пристроїв – жорстких дисків, CD-ROM / DVD-ROM, сканерів й ін. Стандарт SCSI був запропонований на початку 1980-х рр. й одержав широке поширення, завдяки фірмі Sun, що широко використала його у своїх робочих станціях. Характерною зручною можливістю SCSI є можливість підключення до одного SCSI-порту гірлянди (ланцюжка) SCSI-пристроїв (до 10), кожний з яких має унікальний для даного з'єднання SCSI ID – число від 0 до 9, установлюване звичайно на задній панелі SCSI-пристрою. Перевага SCSI, крім можливості використання гірлянд пристроїв, у його швидкодії, а також надійності. Ранні моделі SCSI мали швидкість обміну інформацією до 10-12 мегабіт у секунду, зараз - 240-250 мегабіт у секунду.

Порт VGA (Video Graphic Adapter) використовується для підключення монітора (дисплея), керованого графічним контролером (процесором).

IEEE 1394 (FireWire) – порти для підключення цифрових відеокамер або фотоапаратів. Характерна риса – невеликий блискучий плоский роз'єм шириною 3-5 мм (є два його стандарти). Порт працює в дуплексному режимі, тобто дозволяє управляти не тільки вводом інформації з камери в комп'ютер, але й установками самої камери (наприклад, перемотуванням стрічки) за допомогою комп'ютерної програми (наприклад, Windows Movie Maker). За допомогою такого ж порту може бути підключений також телевізор, що має інтерфейс FireWire. Характерною рисою сучасних комп'ютерів є те, що FireWire-порти монтуються прямо на материнській платі (motherboard) – основній друкованій платі комп'ютера, на якій змонтовані процесор і пам'ять, - настільки велике значення надають виробники комп'ютерів портам для обміну мультимедийной інформацією. У таких випадках у технічних характеристиках комп'ютера звичайно вказується: "FireWire on board (на борті)". Читачам рекомендується не плутати FireWire з Wi-Fi – стандартом швидкого бездротового зв'язку; ці скорочення забавно нагадують один одного через прихильність американців до абревіатур в "дитячому стилі".

HDMI (High Definition Multimedia Interface) – інтерфейс і порт, що дозволяє підключити до комп'ютера телевізор або інше відеоустаткування, що забезпечує найкращу якість відтворення (HD – High Definition). Роз'їм HDMI нагадує роз'їм USB. HDMI-порт входить у комплектацію всіх сучасних портативних комп'ютерів.

Bluetooth – пристрою для бездротового підключення (за допомогою радіозв'язку) до комп'ютера мобільних телефонів, органайзеров, а також навушників, плейеров і багатьох інших корисних пристроїв. Зручність Bluetooth у тім, що комп'ютер і телефон залишаються з'єднаними, навіть якщо відійти від комп'ютера з телефоном на деяку відстань (наприклад, в іншу кімнату), не більше 10-15 метрів (Bluetooth 2.0). Новий стандарт Bluetooth 3.0 забезпечує взаємодію на відстані 200-250 м. Звичайно портативні комп'ютери комплектуються убудованими адаптерами Bluetooth, або можна придбати адаптер Bluetooth, що підключає через USB. Недолік Bluetooth - відносно маленька сумарна швидкість передачі інформації. Наприклад, при пересиланні на комп'ютер через Bluetooth з мобільного телефону Nokia 3230 цифрової фотографії обсягом 500 кілобайт потрібно чекати порядку 10 - 15 секунд.

Інфрачервоний порт (IrDA) – порт для підключення ноутбука до мобільного телефону (або двох ноутбуків друг до друга) через інфрачервоний зв'язок. Незручність портів IrDA – необхідність установки двох пристроїв, що з'єднують, поруч, на відстані 20-30 см друг від друга, без фізичних перешкод між ними. Швидкість передачі інформації – 10-12 мегабіт у секунду. Сучасні ноутбуки вже не комплектуються портами IrDA.

Маються також мережні пристрої – порти й адаптери – для підключення комп'ютера до локальної мережі.