2.2. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера. Центральный процессор. Системные шины и слоты расширения

Процессор (микропроцессор) - основное устройство ЭВМ, и предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в ЗУ программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Тип процессора в современных ПЭВМ определяется типом компьютера, которых в настоящее время существует 2 марки: IBM совместимый и Apple Macintosh. В России наиболее распространены IBM совместимые ПЭВМ (ПК). Для этого типа ПК выпускают процессоры фирмы Intel (~80%), AMD и VIA. Последние торговые марки процессоров этих фирм имеют имена Pentium IV, Core (Intel), K7 Athlon ХР, Phenom (AMD), C5 (VIA).

Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора, которая часто измеряется в частоте работы (Гц). Наиболее распространенными на конец 2010 года являются 4 ядерные процессоры с частотой от 2 до 3 ГГц. Данная характеристика процессоров подчиняется закону Мура, который говорит, что быстродействие процессоров каждые 1,5-2 года удваивается. Это становится возможным благодаря уменьшению размера элементов внутри процессоров. Транзисторы в новейших процессорах Intel имеют ширину всего 32 нанометра, а процессоры предыдущих поколений построены на базе 45-нанометровой и 65-нанометровой архитектур. Это позволяет более плотно располагать транзисторы, сократить утечку мощности, снизить тепловыделение и ускорить переключение, благодаря чему процессоры работают быстрее, потребляют меньше электроэнергии и являются более энергоэффективными.

Существуют и другие способы повышения производительности компьютера. Например, все современные компьютеры имеют дополнительную быстродействующую память, называемую кэш-памятью.

Системный интерфейс (системная плата (СП), материнская плата)— это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее устройств и обмена информацией между ними.

В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. В ПК в качестве системного интерфейса используются СП с шинной архитектурой, позволяющие через специальные разъемы соединять все устройства ЭВМ. Эти разъемы определяют различные стандарты работы (ISA, PCI, AGP и т.д.). Основным элементом управления работой СП выступает большая интегральная микросхема ("чипсет"). Данные микросхемы выпускают часто фирмы производители процессоров (Intel, AMD) или второстепенные фирмы (VIA, SIS, UMB). Марка "чипсета" является определяющим фактором, влияющим на производительность ЭВМ.

Пульт управления (ПУ) служит для выполнения пользователем ЭВМ операций по управлению вычислительным процессов в ЭВМ. В ПК это кнопка включения ЭВМ, кнопка перезагрузки ЭВМ без его выключения (Reset) и различные индикаторы в виде лампочек.

2.3. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики

Запоминающее устройство (ЗУ) служит для хранения обрабатываемых данных и выполняемых программ, куда они вводятся через устройства ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя ЗУ различных типов. Функционально память делится на две части: внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя (основная) память — это ЗУ, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет всегда ограниченный объем, определяемый типом ЭВМ.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память. ПЗУ хранит и выдаёт программу "BIOS", "оживляющей" ЭВМ в момент её включения. Содержимое ПЗУ заполняется при изготовлении ЭВМ и может быть изменено в обычных условиях эксплуатации только при выполнении специального алгоритма действий. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. ОЗУ составляет большую часть внутренней памяти и служит для приёма, хранения и выдачи данных и программ, непосредственно участвующих в вычислениях. При выключении питания ЭВМ содержимое ОЗУ теряется, поэтому необходимо выполнять операцию переноса (сохранения) результатов работы пользователя во внешнюю память. Именно в ОЗУ находятся все программы, с которыми работает пользователь на ЭВМ. Для соблюдения этого требования необходимо, чтобы объёма ОЗУ было всегда больше объёма выполняемых программ на ЭВМ..

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения долговременно больших объемов данных и обмена ими с ОЗУ. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (магнитные и оптические диски, магнитные ленты). Емкость этой памяти измеряется в больших единицах, чем ОЗУ, но для обращения к ней требуется больше времени, чем к ОЗУ.

ВЗУ конструктивно отделены от центральных устройств ЭВМ (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства.

ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (УПрД) (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (УпоД) (накопители на магнитных лентах).

УПрД обладают быстродействием большим, чем УПоД, поэтому они являются основными ВЗУ, постоянно используемыми в процессе функционирования ЭВМ. К ним относятся устройства:

1. Накопители на гибких магнитных дисках (FDD) с размером дисков 5.25 дюйма (1.2 Мб), 3.5 дюйма (1.44 Мб). Их основное назначение – перенос данных с одной ЭВМ на другую.

2. Накопители на жёстких магнитных дисках (HDD), используются в качестве основного устройства хранения данных и программ на ЭВМ. Они имеют наибольшее быстродействие и объем для хранения данных (2010 год–Seagate выпускает жёсткий диск объемом 3 Тб) среди ВЗУ за счет размещения нескольких дисков в герметичном от пыли пространстве и их быстрой частоты вращения (4200, 5400 и 7200 –ноутбуки, 5400, 7200 и 10 000 -персональные компьютеры, 10 000 и 15 000 об/мин –серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Для обеспечения длительной исправной работы HDD в них используется принцип "скольжения" на воздушной подушке над дисками магнитных головок съёма данных. Это обеспечивает непрерывную работу HDD без поломок примерно в течение 10 лет. Если же HDD часто включается и выключается, то это приводит к более быстрому выходу его из строя. При этом важно помнить что любое внешнее движение HDD в момент его работы может привести к контакту магнитных головок с быстро вращающимся диском и в конечном тоге к их разрушению и потере данных.

3. Накопители на оптических дисках (англ. optical disc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками (питами, от англ. pit — ямка, углубление) на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Первое поколение оптических дисков: Лазерный диск, компакт-диск и магнитооптический диск.

Второе поколение: DVD, MiniDisc, Digital Multilayer Disk, DataPlay, Fluorescent Multilayer Disc, GD-ROM, Universal Media Disc.

Третье поколени: Blu-ray Disc, HD DVD, Forward Versatile Disc, Ultra Density Optical, Professional Disc for DATA , Versatile Multilayer Disc

Четвертое поколение: Holographic Versatile Disc, SuperRens Disc.

Они используются в основном для создания резервных копий данных, находящихся на УПрД.