Контролери FireWire зазвичай встановлюються додатково на материнську плату,у вигляді окремої плати для роз’єднувача pci.

2.4.6. Блок живлення

Цей блок перетворює змінний струм мережі електроживлення (220 В, 50 Гц) на постійний струм низької напруги. Він має декілька виходів на різні напруги (12, і 3 В), які забезпечують живленням відповідні пристрої комп’ютера. Електронні схеми блока живлення підтримують ці напруги стабільними, незалежно від коливань мережної напруги у широких межах (від 180 до 250 В). Звичайна потужність блоків живлення ПК становить 150-250 Вт, для мережевого сервера може бути значно більшою. Блоки живлення мають вентилятор для відведення із системного блоку надмірного тепла, що виділяється під час роботи електронних пристроїв.

2.4.7. Пам'ять ПК

Пам'ять – це запам'ятовуючий пристрій (ЗП), призначений як для короткочасного, так і для тривалого збереження інформації.

У пам'яті комп'ютера зберігаються коди команд й дані, які опрацьовує процесор. Чим більшу пам'ять має комп'ютер, тим більш складну роботу він здатний виконати за менший проміжок часу. Саме тісний зв'язок між пам’яттю і процесором визначає швидкодію ПК.

Сучасні комп’ютери мають багато різноманітних запам'ятовуючих пристроїв, які істотно різняться між собою за призначенням, часовими характеристиками, об'ємом інформації що зберігається в них, вартості збереження одиниці інформації тощо.

Розрізняють два основних види пам’яті – внутрішню і зовнішню. Для процесора, безпосередньо доступною є внутрішня пам'ять, доступ до якої здійснюється за адресою, яка вказується виконуваною програмою.

Внутрішня пам'ять, у свою чергу, поділяється на:

 оперативну, інформація у якій може змінюватися процесором у будь-який момент часу;

 постійну, інформацію з якої, процесор може тільки зчитувати:

 умовно постійну.

Звертання до комірок оперативної пам’яті може здійснюватися довільно, у будь-якому порядку, причому, як зі зчитування, так і з запису. Тому, оперативну пам'ять називають пам’яттю з довільним доступом – Random Access Memory (RAM), на відміну від постійної пам’яті – Read Only Memory (ROM).

Для ефективної обробки даних комп’ютером, необхідно забезпечити якомога більше збереження об’ємів інформації при мінімальних витратах та швидкий доступ до цієї інформації. Ці вимоги суперечливі і при сучасному рівні технології компроміс між ємністю, швидкодією пам’яті та витратами на неї, досягається за рахунок створення ієрархічної структури пам’яті, яка включає в себе надоперативну (досить коштовну, невеликого об’єму), основну (дешевшу надопреративної пам’яті, певного об’єму (до 1024 Мбайт)), зовнішню (відносно дешеву, значного об’єму (> 1 Гбайт) і архівну (практично необмеженого об’єму).

ВНУТРІШНЯ

ПАМ’ЯТЬ

(ОСНОВНА ПАМ’ЯТЬ)

ПРОЦЕСОР

ЗОВНІШНЯ

ПАМ’ЯТЬ

(ДОДАТКОВА ПАМ’ЯТЬ)

Призначена для безпосередньої роботи процесора

Призначена для довгострокового збереження інформації

Висока вартість

Висока швидкодія

Мала ємність

Низька

вартість

Повільна

швидкодія

Велика ємність

Рис. 1.28. Структура пам’яті комп’ютера

Робота з пам’яттю базується на простих принципах. Комірка пам’яті комп’ютера побудована на основі схеми перемикача. Кожна така схема має два стани: струм включений/виключений, або напруга позитивна/негативна. Іншими словами, ця перемикальна схема представляє двійкові 0 або 1. Щоб комп’ютеру запам'ятати один біт інформації йому потрібно запам'ятати стан: 0 або 1. Тобто, потрібний пристрій, який міг би знаходитись в одному з двох станів (0 або 1), і перехід із стану в стан здійснювався детерміновано (миттєво).

Пам’ять комп’ютера побудована із двійкових запам'ятовуючих елементів – бітів, об'єднаних в групи по 8 бітів, які називають байтами. Одиниці виміру пам’яті за назвою збігаються з одиницями виміру інформації. Усі байти пронумеровані. Номер байта називається його адресою. Оскільки адреса – це також ж числа, то комп’ютер може використовувати арифметичні операції і для обчислення адрес пам’яті. Кожному байту можна поставити у відповідність цифру, букву або спеціальний знак.

Байти можуть поєднуватися у комірки, які називаються словами. Для кожного комп’ютера характерна певна довжина слова – два, чотири або вісім байтів. Це не виключає використання комірок пам’яті іншої довжини (наприклад, напівслово, подвійне слово). Зазвичай, в одному машинному слові може бути представлено або одно ціле число, або одна команда. Однак, також дозволяються змінні формати подання інформації.

Розбивка пам’яті на слова, для чотирьохбайтових комп’ютерів, представлена у таблиці 1.2:

Таблиця 1.2.

Байт 0	Байт 1	Байт 2	Байт 3	Байт 4	Байт 5	Байт 6	Байт 7
НАПІВСЛОВО		НАПІВСЛОВО		НАПІВСЛОВО		НАПІВСЛОВО
СЛОВО				СЛОВО
ПОДВІЙНЕ СЛОВО

На практиці широко використовуються й більш великі похідні об'єму пам’яті: кілобайт, мегабайт, гігабайт, а також, в останній час, терабайт і петабайт.

Пам'ять – це матриця, що складається з індивідуальних елементів збереження інформації, організована у вигляді рядків і стовпців.

Динамічна пам’ять. На сучасному етапі розвитку ПК найбільше поширення отримали пристрої пам’яті, які засновані на можливості зберігати електричний заряд. Ці пристрої називаються конденсаторами. Архітектура їх проста – дві металеві пластинки з прошарком ізолятора між ними. Позитивний заряд зберігається на одній пластині, а негативний на протилежній. Ізолятор ділить ці пластини не дозволяючи зарядам нейтралізувати один одного. Використовуючи конденсатор як комірку пам’яті, комп’ютер визначає заряджені пластини чи розряджені, тобто заряд на пластині може зберігати 1 біт інформації.

На перший погляд, конденсатор начебто задовольняє основній вимозі до пристрою пам’яті. В ідеальному світі, заряди на пластинах конденсатора зберігалися б без змін століттями.

Однак у нашому недосконалому світі немає ідеального ізолятора. Крім того, ланцюги, якими заряджається і розряджається конденсатор допускають певний витік заряду. Конденсатор не спроможний зберігати заряди протягом тривалого часу, він може зберегти свій стан декілька мілісекунд. Але цього виявляється цілком достатньо, щоб використовувати його як елемент пам’яті. За цей час спеціальні електричні ланцюги комп’ютера забезпечують підзарядку конденсатора, тобто здійснюють відновлення інформації. Цей процес називається регенерацією пам’яті (Refresh Memory). Через безперервну природу цього процесу, пам’ять побудовану на конденсаторах, називають динамічною DRAM (Dynamic RAM – динамічний оперативно запам’ятовуючий пристрій – ОЗП).

Кожний біт інформації в DRAM запам'ятовується у вигляді електричного заряду крихітного конденсатора, створеного у структурі напівпровідникового кристала. Через струми витоку, такі конденсатори швидко розряджаються і їх періодично (приблизно кожні 2 мілісекунди) підзаряджають спеціальні пристрої.

Мікросхеми DRAM хоч і працюють повільніше але коштують у 10-20 разів дешевше статичної пам’яті. Сучасні мікросхеми мають ємність 1-16 Мбайт і більше. Вони встановлюються у корпуси і монтуються у так звані модулі пам’яті. Декілька десятків років тому, найбільш поширеними були модулі типу SIMM (Single In-Line Memory Module – модуль пам’яті з однорядним розташуванням мікросхем) (рис.1.29).

Рис. 1.29. SIMM-модуль пам’яті с однорядним розташуванням мікросхем

Але починаючи з 1998 р., коли з’явилися 168 контактні модулі DIMM, ситуація стала змінюватися в сторону більшого поширення саме цих модулів пам’яті.

Статична пам’ять. У той час як динамічна пам’ять, отримавши електричний заряд утримує його, статична пам’ять дозволяє потоку електронів циркулювати електричним ланцюгом. Напруга, що прикладається до електричного ланцюга, може змінювати напрямок руху електронів. Оскільки існують тільки два напрямки руху струму, це дозволяє використовувати дані ланцюги елементами пам’яті. Статична пам’ять працює як перемикач, який переключає напрямок електронного потоку. Перемикач, який може керувати електричним струмом, відомий як реле. Саме тому, пам’ять перших комп’ютерів і створювалася на основі електричних реле. Типові релейні ланцюги працюють за принципом засувок, які в одному стані розривають електронні ланцюги, а в іншому, замикають їх. На сучасному етапі елементами пам’яті слугують транзистори, які задовольняють усім вимогам перемикача, можуть використовуватися як засувки. Певна кількість транзисторів, об'єднаних в один ланцюг, організує чіп статичної пам’яті.

Запам'ятаєте, що як реле, так і транзистору потрібний постійне джерело живлення, щоб підтримувати свій стан. При втраті живлення ці елементи забувають свій стан. Те ж саме, як ви пам'ятайте, відбувається і з динамічною пам’яттю, якщо вона своєчасно не підживлюється. Постійне підживлення внутрішньої пам’яті необхідне для збереження її цілісності.

Внутрішня пам'ять, як ми вже вияснили, поділяється на оперативну, інформація у якій може змінюватися процесором у будь-який момент часу, постійну, інформацію з якої процесор може тільки зчитувати та умовно постійну.

Оперативна пам’ять (оперативно-запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), англ. RAM, Random Access Memory – пам’ять з довільним доступом) – запам'ятовуючий пристрій, відносно невеликого об'єму, безпосередньо зв'язаний з процесором і призначений для запису, зчитування й збереження виконуваних програм та даних.

Швидкодія роботи комп’ютера безпосередньо залежить від швидкодії оперативно-запам'ятовуючого пристрою (ОЗП). Тому, фірми-виробники постійно ведуть пошуки елементів для ОЗП, які б забезпечували мінімально можливий час на операції зчитування-запису. Але разом із швидкодією ОЗП різко зростає вартість елементів пам’яті, тому створення ОЗП необхідного об'єму, тільки на швидкодіючих елементах принципово можливе, але економічно недоцільне.

Внаслідок цього, пам’ять у комп’ютерах має ієрархічну структуру. Невелика її частина, з якою безпосередньо працює процесор, представляє собою дуже швидку, коштовну, енергозалежну²) кеш-пам’ять. Крім неї комп’ютери володіють десятками мегабайт середньошвидкісної, відносно недорогої оперативної пам’яті і десятками або сотнями гігабайт відносно повільної, дешевої зовнішньої пам’яті на жорсткому диску.

Оперативна пам’ять використовується тільки для тимчасового збереження даних і програм. При вимиканні комп’ютера, уся інформація, що знаходилася в ОЗП, зникає. Доступ до елементів оперативної пам’яті – прямий, тобто це означає, що кожний байт пам’яті має свою індивідуальну адресу. Об’єм ОЗП складає від 4 до 1024 Мбайтів.

Кеш-пам’ять. Кеш (англ. cache – дуже швидка, або надоперативна пам’ять) – швидкодіючий запам'ятовуючий пристрій невеликого об’єму, який використовується для обміну даними між процесором і оперативною пам’яттю з метою компенсації різниці у швидкості обробки інформації процесором і оперативною пам’яттю. Процесор працює на більш високих частотах, чим основна шина, яка зв’язує його з оперативною пам’яттю, тому у процесор вбудовують власну невеличку, досить коштовну і надшвидку пам’ять – кеш. Вперше, така пам’ять з’явилась в процесорі Intel 80386 (1987 р.).

Кеш-пам’яттю керує спеціальний пристрій – контролер, який, аналізуючи виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди, імовірніше усього, знадобляться в найближчий час процесору і „підкачує” їх до кеш-пам’яті. При цьому можливі як „влучення”, так і „промахи”. У випадку влучення, тобто, якщо до кеш-пам’яті підкачані потрібні дані, добування їх з пам’яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеш-пам’яті відсутня, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам’яті. Співвідношення числа влучень і промахів визначає ефективність кешування.

Кеш-пам’ять реалізується на мікросхемах статичної пам’яті SRAM (Static RAM). Сучасні процесори мають вбудовану кеш-пам’ять (кеш-пам’ять першого рівня об’ємом 8...16 Кбайт). Крім того, на материнській платі комп’ютера може встановлюватися кеш-пам’ять другого рівня, ємністю від 64 Кбайт до 512 Кбайт і більше.

До пристроїв спеціальної пам’яті відноситься постійна пам’ять (ROM), перепрограмувальна постійна пам’ять (Flash Memory), пам’ять CMOS RAM, відеопам’ять та деякі інші види пам’яті.

Постійна пам’ять (постійно – запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), англ. ROM, Read Only Memory – (пам’ять тільки для зчитування) – енергонезалежна пам’ять, яка використовується для збереження даних, що не потребують змін. Зміст пам’яті, спеціальним чином „зашивається” для постійного збереження у пристрій у процесі його виготовлення. З ПЗП можна тільки зчитувати інформацію.

Перепрограмувальна постійна пам’ять (Flash Memory) – енергонезалежна пам’ять, яка припускає можливість перезапису свого змісту з дискети, CD тощо.

У постійну пам’ять записують програму управління роботою самого процесора. У ПЗП знаходяться програми управління дисплеєм, клавіатурою, принтером, зовнішньою пам’яттю, програми запуску і зупинки комп’ютера, тестування пристроїв.

Найважливіша мікросхема постійної пам’яті – модуль BIOS – Basic Input/Output System – (базова система введення-виведення) – сукупність програм, призначених для:

 автоматичного тестування пристроїв після вмикання живлення комп’ютера;

 завантаження операційної системи до оперативної пам’яті.

Апаратно BIOS представляє собою елемент пам'яті ємністю 64 Кб, встановлений 28 ніжками у роз’єднувач на материнський платі. Ведучими виробниками ROM BIOS є фірми AMI, Award і Phoenix.

Роль BIOS подвійна: з одного боку це невід'ємний елемент апаратури (Hardware), а з іншого – важливий модуль операційної системи (Software).

Рис. 1.30. Інтегральні схеми BIOS і CMOS

Відразу після включення комп’ютера, починає „роботу” електронний годинник основної шини. Його імпульси спонукають до роботи процесор. Але для роботи процесора потрібні певні команди (програми). Тобто, десь в глибинах комп’ютера, повинна знаходитись „пускова” програма, а процесор на момент початку роботи, повинний мати інформацію, де її знайти.

Зберігати цю програму на будь-яких зовнішніх носіях інформації не представляється можливим, тому що в момент включення комп’ютера, процесор ще нічого не знає про будь-які пристрої. Щоб він отримав про них інформацію, також потрібна певна програма.

Зберігати цю інформацію в оперативній пам’яті також недоцільно, бо у знеструмленому стані вся інформація зникне.

Вихід з цієї ситуації полягає у створенні такої програми апаратними засобами. Саме для цього на материнській платі існує спеціальна мікросхема, яка називається – постійним запам’ятовуючим пристроєм – ПЗП, або BIOS .

Після запуску комп’ютера, процесор звертається за фіксованою адресою, завжди однією і тією ж, яка вказує на місцезнаходження ПЗП. Саме звідси надходять перші дані та команди. Так починається робота процесора, а разом із ним і комп’ютера. Однією з перших виконується програма самостестування комп’ютера – POST (Power On Self Test – тест при включенні). У процесі її роботи перевіряється досить багато пристроїв, але на екрані можна побачити лише як миготять цифри, відповідно перевіреним коміркам оперативної пам’яті.

Настройками BIOS можна задати пароль, завдяки якому, стороння людина не зможе запустити комп’ютер. Хоча, цей захист ефективний тільки від дуже маленьких дітей...

Програмних засобів BIOS достатньо, щоб зробити перші перевірки і підключити стандартні пристрої, такі як клавіатура й монітор. Однак працювати тільки із стандартними пристроями комп’ютер не може, йому потрібна інформація про дійсну конфігурацію комп’ютера, яка записана на жорсткому диску і яку також треба „навчитись” зчитувати.

Для забезпечення можливості BIOS зчитування інформації про конфігурацію комп’ютера, використовується ще одна мікросхема на материнській платі CMOS-пам’ять, де зберігаються настройки, необхідні для роботи BIOS.

Постійна пам’ять – CMOS RAM. CMOS RAM – це пам’ять з невисокою швидкодією і мінімальним автономним енергоспоживанням від батарейки. Використовується для збереження інформації про конфігурацію та склад обладнання комп’ютера, а також режими його роботи. Заряду батарейки достатньо, щоб комп’ютер не втрачав настроювань протягом декількох років.

Настроювання CMOS необхідні для завдання системної дати та системного часу при встановленні або заміні жорстких дисків, а також для виходу із аварійних ситуацій при „зависанні комп’ютера”.

Для зміни настроювань, що зберігаються у CMOS – пам’яті, у ПЗП міститься спеціальна програма – SETUP. Щоб її запустити, потрібно у першу мить після запуску комп’ютера натиснути й утримувати клавішу <Delete>. Навігацію в меню SETUP виконують за допомогою клавіш управління курсором. Потрібні пункти меню вибирають клавішею <Enter>, а повернення до меню верхнього рівня здійснюють за допомогою клавіші <Esc>. Для зміни встановлених значень слугують клавіші <PgUp> та <PgDn>.

Відеопам’ять (відеоконтролер, відеокарта VRAM) – слугує для збереження графічної інформації і забезпечення роботи у графічному режимі. Відеопам’ять – різновид оперативного ЗП, у якому зберігаються закодовані зображення. Цей запам’ятовуючий пристрій, організований таким чином, що його вміст доступний відразу двом пристроям – процесору і монітору. Тому зображення на екрані змінюється одночасно з відновленням відеоданих у пам’яті. Головною характеристикою є об’єм пам'яті.

Робота з графікою є однією з найскладніших задач, які доводиться вирішувати сучасному комп’ютеру. Складні зображення, мільйони кольорів та відтінків... Тому не має нічого дивного, що для роботи, доводиться встановлювати у комп’ютер практично другий потужний процесор.

Сьогодні, більшість користувачів при виборі відеокарти, у першу чергу звертає увагу на її здатність працювати з трьохвимірною графікою.

Ще одна група задач, які повинна виконувати відеокарта, – обробка мультимедійної інформації. Крім того, сучасній відео карті доводиться виконувати ще й декодування „стиснутого” відеосигналу, що надходить з дисків VideoCD або DVD. Ніколи не перешкодить й додаткова можливість відеокарт – TV тюнер – прийом телевізійного сигналу.