Аппаратное обеспечение.

Материнская плата (системная) представляет собой печатную плату, на которой расположены контроллеры и соединители и на которую устанавливаются другие системные компоненты.

Контроллер. Устройства ввода и вывода информации часто имеют механический принцип действия (принтеры, клавиатура, мышь) и работают медленно. Чтобы освободить процессор от простоя при ожидании окончания работы таких устройств, в компьютер вставляются специализированные микропроцессоры-контроллеры (от англ. controller -- управляющий). Получив от центрального процессора компьютера команду на вывод информации, контроллер самостоятельно управляет работой внешнего устройства. Окончив вывод информации, контроллер сообщает процессору о завершении выполнения команды и готовности к получению следующей.

Системная шина — главная магистраль, по которой происходят обмен информацией внутри компьютера и связь компьютера с периферийными устройствами.

Различают следующие шины: шину данных, шину адресов и шину управления.

Шина передачи данных обеспечивает: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылку данных на устройства вывода. Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т. е. шина данных является двунаправленной.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ — код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, сигналы передаются в одном направлении.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором.

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать с центральным процессором, в IBM-совместимых компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой — необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Основным устройством ПЭВМ является процессор, который обеспечивает выполнение различных операций, содержащихся в программе. Процессор характеризуется: а) тактовой частотой, которая выражается в МГц. За 1 с компьютер выполняет столько млн. элементарных операций, сколько в процессоре МГц; б) разрядностью, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Чем больше тактовая частота и разрядность, тем выше производительность процессора.

Производительность ПЭВМ зависит также и от количества памяти, с которой она работает.

Обычно под компьютерной памятью понимают только "внутреннюю память" компьютера, которая в свою очередь классифицируется на:

· ОЗУ, оперативное запоминающее устройство с оперативной памятью (RAM, Random Access Memory) — памятью с произвольным доступом (английский термин), определяет допустимый объём и скорость одновременно выполняемых процедур. Произвольность доступа подразумевает возможность операций записи или чтения с любой ячейкой ОЗУ в произвольном порядке. До последних лет из микросхем памяти использовали два основных типа: статическую (SRAM — Static RAM) и динамическую (DRAM — Dynamic RAM). В ОЗУ хранится динамическая информация программы и обрабатываемые данные. При выключении питания содержимое ОЗУ теряется.

· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, ROM, Read Only Memory, память только для чтения) — постоянная память, информацию из которой можно только считывать. Это одна или несколько микросхем, расположенных на системной плате и содержащих набор подпрограмм. На такую память, например, помещена Bios. ПЗУ, как правило, гораздо меньше ОЗУ, информация в нем хранится постоянно и ее изменение либо вообще невозможно, либо возможно только при помощи специальных устройств (программаторов ПЗУ). Емкость памяти 8-разрядных ЭВМ как правило 64Кб — 640Кб, 16-разрядных — 1Мб, 32-разрядных — 4Мб и более.

· Cashe-память (Кэш-память, Cashe Memory) — сверхоперативная память (СОЗУ), является буфером между ОЗУ и процессором (несколькими процессорами) и другими абонентами системной шины. Кэш-память не является самостоятельным хранилищем; информация в ней неадресуема клиентами подсистемы памяти, присутствие кэша для них "прозрачно". Кэш хранит копии блоков данных тех областей ОЗУ, к которым происходили последние обращения, и весьма вероятное последующее обращение к тем же данным будет обслужено кэш-памятью существенно быстрее, чем оперативной памятью.

· Flash-память (флэш-память). Предназначенного для хранения информации и/или переноса между мобильными устройствами и ПК. Для исполнения программы на ПК в моменты программирования и стирания флэш-памяти требуется ОЗУ. Подобно ОЗУ, флэш-память модифицируется электрически внутрисистемно, но подобно ПЗУ, flash-память энергонезависима и хранит данные даже после отключения питания. В отличие от ОЗУ, flash-память нельзя переписывать побайтно. Она читается и записывается байт за байтом и ее нужно полностью стереть перед тем, как записывать новые данные. Наибольшее распространение получили карты памяти и тип Boot Block. Flash-память типа Boot Block служит для хранения обновляемых программ и данных в сотовых телефонах (SIM-карта), модемах, BIOS-ах, системы управления автомобильными двигателями и т.п.

Любые микросхемы памяти имеют пять основных параметров:

1. Тип памяти. Обозначает статическая (SRAM — Static RAM) она или динамическая (DRAM — Dynamic RAM).
В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах схем (триггеров) с двумя устойчивыми состояниями. После записи бита в ячейку она может пребывать в этом состоянии столь угодно долго — необходимо только наличие питания. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве буферной (кэш-память).
В динамической памяти ячейки построены на основе областей (занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры) с накоплением зарядов и практически не потребляющих энергии при хранении. При записи бита в такую ячейку в ней формируется электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; для постоянного сохранения заряда ячейки необходимо регенерировать — перезаписывать содержимое для восстановления зарядов. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки-сотни наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память используется в качестве основной.
Еще различают под-типы: DRAM (Dynamically RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), EDO RAM (Extended Data Output RAM), FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM), SRAM (Statically RAM), CDRAM (Cached DRAM), NVRAM (Non Volatile RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), DRDRAM (Direct RAMBus DRAM), DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), ESDRAM (Enhanced SDRAM), MRAM (Magnetic RAM), etc.

2. Объем памяти. Показывает общую емкость микросхемы. Измеряется в Мб. Для "обычных" пользователей предлагаются 1Mb, 4Mb, 8Mb, 16Mb, 32Mb, 64Mb, 128Mb, 256Mb, 512Mb; для "продвинутых" — 1Гб модули. Максимум одного модуля постоянно растет и сейчас составляет 4Гб. В 2002г. минимальный объем оперативной памяти в ПК — 64Mb, в 2003 — 128Мб. Идеальный метод определения емкости при отсутствии маркировки — определить номинал всех чипов данного модуля и "сложить". Минимальные условия работы современных операционок — при объеме оперативной памяти 32Mb.

3. Структура памяти. Обозначает количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Разрядность памяти — это количество байт (или бит), с которыми операция чтения или записи может быть выполнена одновременно. Разрядность основной памяти обычно согласуется с разрядностью внешней шины процессора. Напр. 1 байт — для 8088; 2 байта — для 8086-80286, 386SX; 4 байта — для 386DX, 486; 8 байт — для Pentium и т.д. Каждый чип содержит ячейки, в которых может хранится от 1 до 16 бит данных. Например, 32Mb-чип может быть сконфигурирован как 32Mbx1, 16Mbx2, 8Mbx4 или 2Mbx16, но его общая емкость только 32Mb. А 28/32-выводные DIP-микросхемы SRAM имеют восьмиразрядную структуру (8k*8, 16k*8, 32k*8, 64k*8, 128k*8), и кэш для 486 объемом 256 кб будет состоять из восьми микросхем 32k*8 или четырех микросхем 64k*8. Т.о., первое число маркировки указывает на общее количество ячеек в чипе, а второе — на число бит в ячейке. 30-контактные SIMM имеют 8-разрядную структуру и ставятся с процессорами 286, 386SX и 486SLC по два, а с 386DX, 486DLC и обычными 486 — по четыре. 72-контактные SIMM имеют 32-разрядную структуру и могут ставиться с 486 по одному, а с Pentium и Pentium Pro — по два. 168-контактные DIMM имеют 64-разрядную структуры и ставятся в Pentium и Pentium Pro по одному. Установка модулей памяти или микросхем кэша в количестве больше минимального позволяет некоторым платам ускорить работу с ними, используя принцип расслоения (Interleave-чередование).

4. Время доступа (время такта для синхронных устройств). Характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах (нс) через тире в конце наименования. На более медленных динамических микросхемах могут указываться только первые цифры (-7 вместо -70, -15 вместо -150), на более быстрых статических "-15" или "-20" обозначают реальное время доступа к ячейке. Часто указывается не реальное, а минимальное из всех возможных времен доступа. Например в EDO DRAM ставят маркировку 45 нс (или 50 нс), хотя такой цикл достижим только в блочном режиме, а в одиночном режиме микросхема по-прежнему работает за 70 нс (или 60 нс). Аналогично — в маркировке PB SRAM: 6 нс вместо 12 нс, и 7 — вместо 15 нс. Микросхемы SDRAM обычно маркируются временем доступа в блочном режиме (10 или 12 нс). Напр. модули SDRAM имеют время доступа: 12ns максимально до 83Mhz, 10ns максимально до 100Mhz, 8ns максимально до 125Mhz, 7ns максимально до 143Mhz.

5. Корпуса и форм-факторы микросхем памяти.

1. 30- и 72pin SIMM — наиболее распространенный в течении 90-х годов форм-фактор для модулей памяти. Подробнее...

2. 144pin SODIMM SDRAM — SO DIMM (Small Outline DIMM) — разновидность DIMM малого размера (small outline), предназначенных для портативных компьютеров. Наиболее часто встречаются 72- и 144-контактные модули (32 и 64 бит). Имеют ключ "со смещением", ответственный за напряжение, т.е ключи (и соответствующие выступы) смещены вдоль, что сделало невозможным установку "неправильного" модуля;

3. 72pin SODIMM FPM — Fast page (FPM) — "быстрый страничный" (режим). Позволяет наряду с обычным циклом (RAS, затем CAS), использовать сокращенный. FPM сегодня наиболее медленная из применяемых организаций памяти;

4. 168pin DIMM SDRAM — одна из современных разновидностей форм-фактора модулей памяти. Подробнее...

5. DDR SDRAM — второе поколение SDRAM с вдвое большей пропускной способностью. Подробнее...

6. Rambus RIMM Module — форм-фактор модуля памяти, разработанного компанией Rambus для Direct RDRAM. Подробнее....

7. Specific Memory Module — специфический модуль памяти, предназначенный для использования в конкретной системе (или классе систем) конкретного производителя. Термин не отрицает возможности того, что указанная система может расширяться и стандартными модулями.

8. Printer Memory — 100pin DIMM — специальная память, предназначенная для принтеров. Имеет вырез (ключ) "со смещением", ответственным за контроль рабочего напряжения (3,3 вольт).

Память бывает основная и внешняя. Основная память состоит из двух компонентов: постоянного запоминающего устройства (ROM или ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства (RAM или ОЗУ). Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) также бывают разных типов. Ленточные накопители служат для хранения информации на магнитной ленте. В настоящее время могут хранить до нескольких гигабайт (1Гб = 1024 Мб) информации. Несмотря на то, что эти устройства появились довольно давно они до сих пор широко распространены, главным образом из-за большого объема вмещаемых данных, и используются в основном для резервного копирования и длительного хранения информации.