Архитектура персонального компьютера. Назначение и функции основных устройств.

Архитектура компьютера – это его устройство и принципы взаимодействия его основных элементов – логических узлов, среди которых основными являются процессор, внутренняя память (основная и оперативная), внешняя память устройства ввода-вывода информации (периферийные).

Каждый логический узел компьютера выполняет свои функции.

Центральный процессор1 — электронный блок либо интегральная схема, исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Функции процессора

-обработка данных (выполнение над ними арифметических и логических операций);

-управление всеми остальными устройствами компьютера.

Характеристики процессора:

-Тактовая частота (в МГц, ГГц) и подразумевает под собой количество тактов (вычислений) в секунду.

-Частота шины – тактовая частота (в МГц), с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной материнской платы.

Множитель – коэффициент умножения, на основании которого производится расчет конечной тактовой частоты процессора, методом умножения частоты шины на коэффициент (множитель).

Разрядность (32/64 bit) — максимальное количество бит информации, которые процессор может обрабатывать и передавать одновременно.

Кэш-память первого уровня, L1 — это блок высокоскоростной памяти, который расположен на ядре процессора, в него помещаются данные из оперативной памяти. Сохранение основных команд в кэше L1 повышает быстродействие процессора, так как обработка данных из кэша происходит быстрее, чем при непосредственном взаимодействии с ОЗУ.

Кэш-память второго уровня, L2 — это блок высокоскоростной памяти, выполняющий те же функции, что и кэш L1, однако имеющий более низкую скорость и больший объем.

Кэш-память третьего уровня обычно присутствует в серверных процессорах или специальных линейках для настольных ПК.

Ядро – определяет большинство параметров центрального процессора: тип сокета, диапазон рабочих частот и частоту работы FSB. характеризуется следующими параметрами:

Техпроцесс Масштаб технологии (мкм), которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора.

Напряжение, которое необходимо процессору для работы и характеризует энергопотребление.

Тепловыделение– мощность (Вт), которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора.

Тип сокета – то есть разъём для установки процессора на материнской плате.

Оперативная память2 или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Функции оперативной памяти:

-прием информации от других устройств;

-запоминание информации;

-передача информации по запросу в другие устройства компьютера.

Характеристики оперативной памяти:

-форм-фактор (размер);

-тип DDR — 1, 2, 3, 4;

тайминги – длительность импульсов и пауз обновления ячеек памяти.

тактовая частота оперативной памяти — частота в МГц (количество импульсов в секунду), с которой работает оперативная память;

тактовая частота шины — частота канала, по которому идёт обмен данными между оперативной памятью и процессором;

пропускная способность — это сколько за секунду времени может быть «пропущено» данных через плату оперативной памяти; объём; напряжение.

Жёсткий диск, винчестер (накопитель на жёстких магнитных дисках, или НЖМД)3 — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.

Винчестер является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. Именно на жёсткий диск устанавливается операционная система или другое программное обеспечение.

Характеристики жёстких дисков:

-форм-фактор;

-объём;

-скорость вращения шпинделя;

-исполнение геометрии;

-интерфейс подключения;

-объём буфера;

-наработка на отказ;

-среднее время ожидания;

-энергопотребление и тепловыделение.

Видеокарта4— устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.

Характеристики видеокарт:

-тип подключения;

-предназначение;

-производитель видеопроцессора (GPU);

-частота GPU, МГц;

-количество занимаемых слотов на материнской плате;

-тип видеопамяти;

-объем видеопамяти, ГБ;

-тактовая частота видеопамяти, МГц;

-шина обмена данными с памятью, бит;

-низкопрофильные карты;

-тип охлаждения;

-поддержка SLI и CrossFire;

-поддержка разных версий DirectX;

-видеовыходы;

-необходимость дополнительного питания.

В основе архитектуры современных ЭВМ лежит магистрально-модульный принцип (рис. 26), который позволяет комплектовать нужную конфигурацию и производить необходимую модернизацию. Он опирается на шинный принцип обмена информацией между модулями.

Системная шина или магистраль компьютера включает в себя три многоразрядные шины:

шину данных – для передачи различных данных между устройствами компьютера;

шину адреса – для адресации пересылаемых данных, то есть для определения их местоположения в памяти или в устройствах ввода/вывода;

шину управления, которая включает в себя управляющие сигналы, которые служат для временного согласования работы различных устройств компьютера, для определения направления передачи данных, для определения форматов передаваемых данных и т. д.

Основой построения модульного устройства компьютера является материнская (или системная) плата5 — печатная плата, которая содержит основную часть устройства.

На системной (материнской) плате размещаются:

-микропроцессор;

-математический сопроцессор;

-генератор тактовых импульсов;

-микросхемы памяти;

-контроллеры внешних устройств;

-звуковая и видеокарты;

-таймер.