Аппаратная реализация компьютера

Настольные компьютеры состоят из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши.

Системный блок является в компьютере главной частью. В нем располагаются все основные компоненты компьютера:

- материнская (системная) плата, к которой подключаются все остальные платы и микросхемы (микропроцессор, оперативная память, контроллеры различных устройств);

- блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения для питания различных компонентов компьютера;

- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер);

- дисководы для чтения и записи компакт-дисков.

На заднюю панель системного блока выведены разъемы, через которые к компьютеру подключаются различные внешние устройства: монитор, клавиатура, принтер и т.д.

Каждое внешнее устройство подключаются к центральной части компьютера (микропроцессор и память) с помощью контроллеров (адаптеров). Контроллеры управляют внешними устройствами. Каждому внешнему устройству соответствует свой контроллер.

Архитектура– это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип.

Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и устройства хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Магистрально-модульное устройство компьютера

1) Микропроцессор – выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Назначение процессора:

- обработка всех видов информации;

- управление работой всех узлов компьютера.

В состав процессора входят следующие устройства:

- устройство управления (УУ);

- арифметико-логическое устройство (АЛУ);

- регистры процессорной памяти.

УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе.

АЛУ выполняет арифметические и логические операции (обработка информации).

Регистры – это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты.

Основные характеристики процессора:

- тактовая частота;

- разрядность процессора.

Микропроцессор – это «мозг» и «сердце» компьютера. Основной характеристикой микропроцессора является тактовая частота, которая в значительной степени определяет его быстродействие. Чем выше тактовая частота микропроцессора, тем выше его производительность. Другой характеристикой процессора является его разрядность. Разрядность процессора определяется числом двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

С момента появления первого процессора (1971 г.) тактовая частота процессоров увеличилась в 38 000 раз (с 0,1 МГц до 3 800 МГц), разрядность увеличилась в 16 раз (с 4 битов до 64 битов).

В настоящее время производительность процессоров увеличивается путем совершенствования архитектуры процессора (введение в структуру процессора кэш-памяти, многоядерность – вместо одного ядра процессора используется много ядер.

Производительность процессора нельзя вычислить – она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

2) Оперативная память – (RAM – англ. Random Access Memory – память с произвольным доступом) — часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся программы в процессе их выполнения и данные в процессе их обработки процессором.

Характеристики внутренней памяти

Внутренняя память компьютера служит для временного хранения информации и включает в себя:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

Важное значение для производительности компьютера имеет объем оперативной памяти.

Оперативная память представляет собой множество ячеек, каждая ячейка имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка памяти имеет объем 1 байт. Максимальный объем адресуемой памяти для Pentium 4 равен 64 Гбайт.

В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти (модулей оперативной памяти) практически всегда различаются. Величина фактически установленной оперативной памяти может быть 2 – 4 Гбайт.

Существует четыре главные характеристики микросхемы оперативной памяти: тип, структура, объем и время доступа к ячейке.

Постоянная память (ROM – Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память. Содержание памяти «зашивается» при ее изготовлении для постоянного хранения. В постоянной памяти хранятся программы управления работой процессора, внешней памяти, дисплея, клавиатуры, принтера, программы запуска и остановки компьютера, программы тестирования устройств.

Видеопамять VRAM – разновидность оперативного запоминающего устройства, в котором хранятся закодированные изображения. Это запоминающее устройство организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и монитору, поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

3) Внешняя память – используется для постоянного (длительного) хранения информации – программ и данных: накопитель на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive), или винчестер, дисководы для компакт-дисков (CD и DVD).

4) Сетевые устройства – необходимы для подключения компьютера к сети: сетевые адаптеры, каналы связи, устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).

5) Периферийные устройства – это устройства, с помощью которых информация или вводится в компьютер, или выводится из него.

Периферийные устройства рекомендуется подключать к выключенному компьютеру.

а) Устройства ввода – оборудование, с помощью которого можно вводить данные: клавиатура, мышь, джойстик, трекбол, тачпад, световое перо, сенсорные экраны, сканеры, цифровые камеры, ТВ-тюнеры, системы распознавания речи, сенсорные датчики...