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...

2. Многообразие внешних устройств подключаемых к компьютеру

Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса. Стоимость внешних устройств в среднем составляет около 80-85% стоимости нашего комплекса. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой — пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы-порты ввода-вывода. Порты ввода-вывода бывают следующих типов:

параллельные (обозначаемые LPT1 — LPT4) — обычно используются для подключения принтеров; последовательные (обозначаемые СОМ1 — COM4) — обычно к ним подключаются мышь, модем и другие устройства.

Внешний модем. Начнем с компьютерного модема. Модем соединяет компьютер с Интернетом посредством обычного телефонного кабеля. Соответственно прием и передача данных идет через телефонную сеть.

Более современный аналог для подключения к Интернету – это модем для ADSL, который работает намного быстрее своего старшего собрата и является внешним устройством.

Беспроводной модем. Есть масса других возможностей подключиться к Интернету, например, с помощью беспроводных модемов Yota, Sky Link, Мегафон и т.д.

Внутренний модем. (факс-модем) Кроме того, модем необходим для подключения факса к компьютеру и он, как правило, устанавливается внутри системного блока (факс-модем).

Принтер предназначен для печати текстовой и графической информации на бумаге. Бывают матричные, струйные и лазерные принтеры, а по цвету печати — чёрно-белые (монохромные) и цветные.

Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка или твёрдая копия.

Матричный принтер Матричные принтеры являются ветеранами печати, так как появились значительно раньше струйных и лазерных принтеров. Как все старые фильмы являются черно-белыми из-за технологий своего времени, так и матричные принтеры являются черно-белыми. Многие считают их устаревшими. Однако матричные принтеры все еще активно используются для печати там, где применяется непрерывная подача бумаги (в рулонах), а именно, в банках, в бухгалтериях, в лабораториях, в библиотеках для печати на карточках и т.п.

Струйный принтер Струйные принтеры могут быть цветными или черно-белыми. Они печатают на бумаге с помощью краски, которую берут из картриджей. Недостаток струйных принтеров – дорогая печать, чернила с бумаги обычно смываются водой. Когда краска в картридже заканчивается, надо покупать новый картридж, либо отдавать старый на заправку.

Лазерный принтер Лазерные принтеры также бывают цветными и черно-белыми. Они печатают с помощью лазерного луча. Лазерный луч запекает на бумаге тонер, который попадает из картриджа на бумагу. Эти картриджи заправлены тонером (порошком). Лазерные принтеры имеют высокую скорость печати и не дорогой по себестоимости отпечатанный лист.

Сканер предназначен для ввода информации с бумаги в компьютер. Выполняет функции, противоположные принтеру. Если принтер распечатывает картинку с компьютера на бумагу, то сканер, наоборот, переводит изображение с бумаги на экран.

Часто принтер со сканером объединены в одном устройстве, которое называют просто принтером.

Блок бесперебойного питания для компьютера называют источником бесперебойного питания (сокращенно ИБП). Он незаменим, если есть проблемы с энергоснабжением. Электросети перегружены, и отключения электричества, к сожалению, становятся нормой. Ноутбук при этом переходит на питание от собственной встроенной батарейки. А для стационарных компьютеров необходим ИБП: он на некоторое время (как правило — непродолжительное) после выключения электричества или скачка напряжения сохраняет подачу электроэнергии для компьютера. Это позволяет сохранить все свои наработки и корректно выключить компьютер.

Акустические колонки подключаются к компьютеру через звуковую карту. В принципе, можно обойтись и без них. Но для прослушивания музыки, просмотра фильмов звуковые колонки являются незаменимыми.

Внешний ТВ-тюнер для компьютера позволяет воспроизводить телевизионный сигнал (с антенны или кабеля) на компьютере и записывать на него телепередачи. Бывают внешние и внутренние ТВ-тюнеры. Обычно внутренний ТВ-тюнер применяют при необходимости использования компьютера в качестве телевизора. Внешний ТВ-тюнер используют для превращения монитора в телевизор, при этом системный блок не нужен.

Гарнитура для скайпа Skype (читается Скайп) для компьютера — это бесплатные звонки с одного компьютера на другой, при этом возможна видеосвязь. Платно можно звонить с компьютера и на обычные телефоны, при этом получится дешевле, чем звонить с телефона на телефон по междугородней или международной связи.

Флешка (Flash Drive) – это устройство для хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Иногда ее называют флешка USB, потому что она подключается к компьютеру через USB-порт.

Очень удобная вещь: ведь теперь не надо носить с собой кучу дискет или компакт-диски, например, для переноса информации с одного компьютера на другой. Объем флешки может достигать до 128 гигабайт. Думаю, что это не предел, со временем будут еще более вместительные флешки!

Внешний жесткий диск с USB-подключением В последнее время уже не редкость встретить человека, который вместо флешки достает внешний жесткий диск. Очень удобная вещь, особенно, если у Вас ноутбук! Работает по принципу: "Просто включил и работает!" При этом не надо разбирать компьютер, чтобы заменить винчестер на более ёмкий или для того, чтобы к имеющемуся винчестеру добавить второй, внутренний, винчестер.

Разница внешнего винчестера и флешки в объеме информации, которую можно на них разместить. Есть внешние винчестеры, которые больше терабайта. Однако плюсом флешки остается ее маленький размер - можно в карман положить.