2. Назначение и характеристика основ­ных устройств компьютера

Функциональные возможности компьютера определяются его конфи­гурацией (составом оборудования) – совокупностью основных устройств: типом и моделью про­цессора, объемом оперативной памяти и жесткого диска, наличием устройств мультимедиа (звуковой карты, CD-ROMa, акустических систем, микрофона) и дисководов, типом и размером монитора, типом ви­деокарты. Конфигурацию ПК можно изменять в соответствии с классом решаемых задач.

Любой компьютер, напоминаем, выполняет 4 основные функции:

• ввод информации,

• обработку информации,

• хранение информации,

• вывод информации,

И поэтому существует базовая конфигурация, в которой обязательно присут­ствуют следующие устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Монитор, клавиатура и мышь относятся к устройствам ввода-вывода и их рассмотрим ниже.

Основные компоненты материнской платы и системного блока

С истемный блок (сленг. системник) − корпус, в котором находятся основные функциональные компоненты персонального компьютера. Защищает внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживает необходимый температурный режим внутри, экранирует создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и является основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки чаще всего изготавливаются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина или органическое стекло.

У стройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, – внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

С истемный блок это корпус-оболочка для жизненно важных органов компьютера, таких как:

• Материнская (системная) плата, на которой размещаются, в частности: центральный процессор, оперативная память, карты расширения (видеоадаптер (графический адаптер), звуковая карта, сетевая плата), системная шина.

М атеринская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard − главная плата; сленг. мама, мамка, материнка) − это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров.

• Внутри системного блока также размещаются устройства внешней па­мяти: жесткий диск (сленг винчестер, HDD), накопитель на гибких магнитных дисках (FDD), накопитель CD-ROM, накопитель (дисковод) DVD.

• Кроме этого, адаптеры и контроллеры, коммуникационные порты, блок питания, система охлаждения и др.

Процессоры, их характеристика

Основные действия ПК по работе с информацией: ввод, обработка, хранение, вывод.

Обработка информации происходит в процессоре – основным элементе любого компьютера.

Ц ентральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) − это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Подчеркнем, что работа процессора происходит под управлением программы.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему − тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Некоторые основные характеристики процессоров:

Тактовая частота – это количество тактов (операций) процессора в секунду. Связана с частотой внутреннего тактового генератора основного микропроцессора (до 3,2 – 8⁴ ГГц). Тактовая частота устанавливает минимальный промежуток времени (такт), за который процессор выполняет некоторое элементарное действие.⁵ Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Чем выше тактовая частота (меньше промежуток времени), тем быстрее ра­ботает центральный процессор. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку помимо частоты на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие специальных инструкций и др.;

Внутренняя разрядность данных – количество бит, одновременно обрабатываемое внутри ЦПУ (16, 32, 64). AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Xeon 64 и прочие. Процессоры с поддержкой 64-битной адресации работают с оперативной памятью свыше 4 Гб, что недоступно традиционным 32-битным процессорам. Для использования преимуществ 64-битных процессоров необходимо, чтобы ваша операционная система была адаптирована к ним.

Технологический процесс производства (техпроцесс), степень интеграции чипа – это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов (транзисторов), составляющих основу внутренних цепей процессора.

Производители вынуждены уменьшать нормы производства процессоров ещё и для того, чтобы снизить тепловыделение процессора. Простому пользователю не стоит заострять на этом особое внимание, но следует знать: чем меньше тех. процесс (и подаваемое на ЦП напряжение), тем меньше нагрев процессора. При более тонком тех. процессе, можно будет выпускать процессоры с более высокой частотой (и производительностью), не выходя за рамки раннее установленных тепловых границ.

Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров. В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в zif-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. Модуль электронной памяти (Intel, 2007 г.) размером с ноготь содержит 1 млрд. транзисторов, имеющих в поперечнике по 45 нм (1 нм = 10^‑9 м = 10^-6 мм), что примерно в тысячу раз меньше размеров эритроцита − клетки крови человека. Корпорация Intel (2008 г.) первой выпустила микропроцессор с более чем 2 млрд. транзисторов, чип создан по 65-нанометровой технологии..

Компания Intel обнародовала, что первые образцы процессоров с кодовым именем Broadwell, созданных по 14 нм технологии, созданы в её тестовых лабораториях и запланированы к запуску на 2014 год. 

Адресация памяти – размер поддерживаемой памяти (до 4 Гб). Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространством процессора и является важной характеристикой компьютера. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

Частота системной шины (до 4 ГГц) Шина, соединяющая процессор с другими важнейшими компонентами компьютера, такими как контроллер-концентратор памяти. Частота системной шины измеряется в ГГц или МГц.

Объем кэш-памяти (L1 до 512 Кб, L2 до 12Мб). Область временной памяти, в которой размещаются часто используемые или недавно использованные данные. Хранение определенных данных в кэш-памяти повышает производительность компьютера. Объем кэш-памяти измеряется в мегабайтах (МБ) или килобайтах (КБ).

Количество ядер (до16). Многоядерный процессор − центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле. Ядро - это главная часть центрального процессора, которая определяет большинство его параметров, прежде всего - тип сокета (гнезда, в которое вставляется процессор), диапазон рабочих частот процессора и частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB).

AMD: в 2011 г. выпускает еще более мощный процессор Interlagos, который будет работать на базе системной архитектуры Bulldozer. Эти процессоры будут насчитывать от 12 до 16 ядер.

С амый первый процессор выпущен фирмой Intel в 1971 г.: Intel 4004 (108 КГц, 4‑разрядный, техпроцесс (нм) 10.000 (10 мкм), 2,3 тыс. транзисторов (S процессора <100 мм²), адресуемая память 640 байт). Intel: процессоры Pentium, Celeron, Merced, Core, Xeon и др. Этот революционный микропроцессор, имеющий размеры 1/8 дюйма на 1/6 дюйма (размер ногтя), имел такую же вычислительную мощность, как первый электронный компьютер ENIAC*, созданный в 1946 году, занимавший целую комнату и использовавший 18000 вакуумных трубок.

Фирмы-конкуренты: AMD (AMD-K6, К7, Hammer, Duron, Athlon, Opteron, Sempron, Athlon 64 Х2 и др.). и Cyrix, влившаяся в тайваньскую компанию VIA Technologies.

Рыночная доля Intel в 2010 году составила около 81%, AMD – 11,4%.

IBM, Sony и Toshiba совместно разработали процессор Cell: содержит в себе 9 ядер, одно из которых является управляющим и распределяет нагрузку между остальными восемью, которые и составляют основную вычислительную мощь Cell. Управляющее и «присоединенные» ядра принципиально различаются и по архитектуре, и по вычислительной мощности, и по выполняемым задачам, а в сумме они обеспечивают процессору просто феноменальную производительность.

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры − в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).

2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

3. Молекулярные компьютеры − вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.