Архитектура компьютеров и их основные характеристики

Архитектура персонального компьютера
Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

Архитектура компьютера - обычно определяется совокупностью его свойств, существенных для пользователя.
Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.
Основные функции определяют назначение ЭВМ:
1.обработка и хранение информации,
2.обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций:
1. обеспечивают эффективные режимы ее работы,
2. диалог с пользователем,
3. высокую надежность и др.

Архитектура ПК

В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:
Принцип программного управления
Принцип однородности памяти
Принцип адресности
Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру

Аппаратные средства
персонального компьютера

Архитектура ПК

Базовая конфигурация компьютера:
системный блок;
монитор;
клавиатура;
мышь.

Системный блок:
Основной блок компьютера.
В нем находятся внутренние устройства.
К нему подключаются внешние устройства.

Составные части системного блока:
Корпус
горизонтальный
вертикальный

Материнская плата:

Компоненты материнской платы.
ГНЕЗДО ДЛЯ ПРОЦЕССОРА;
БАЗОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА/ВЫВОДА (ROM BIOS);
ГНЕЗДА МОДУЛЕЙ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ DRAM;
РАЗЪЕМЫ ШИНЫ;
МИКРОСХЕМЫ СИСТЕМНОЙ ЛОГИКИ;
БАТАРЕЯ.

Процессор.
Центральный процессор(ЦП) - это электронный модуль, который выполняет в компьютерной системе основную вычислительную работу и управляет взаимодействием между всеми блоками и системами компьютера.
Именно к ЦП стягиваются все магистрали компьютерной системы. Центральный процессор находится в функциональном центре компьютерной системы c его помощью компьютер решает очень сложные задачи за короткие промежутки времени.
Каждый микропроцессор имеет определённое число элементов памяти, называемых регистрами, арифметико-логическое устройство ( АЛУ ), и устройство управления.
Регистры используются для временного хранения выполняемой команды, адресов памяти, обрабатываемых данных и другой внутренней информации микропроцессора.
В АЛУ производится арифметическая и логическая обработка данных.
Устройство управления реализует временную диаграмму и вырабатывает необходимые управляющие сигналы для внутренней работы микропроцессора и связи его с другой аппаратурой через внешние шины микропроцессора

Процессор:
Управляет всеми ресурсами компьютера
и выполняемыми программами.
Характеристики:
модель;
тактовая частота;
разрядность
кулер процессора

Модификация процессоров.
Фирма Intel предлагает процессоры следующих модификаций:
Xeon – для серверов учреждений.
Intel Pentium - для производительных настольных компьютеров.
Сеleron – домашние ПК.
Фирма AMD предлагает следующие модификации:
Athlon - для настольных компьютеров и графических станций
Duron – для недорогих домашних компьютеров.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт.
Первые процессоры были 16-разрядные. Современные процессоры семейства Intel Pentium 32-разрядные, 64-разрядные.

Тактовая частота показывает, сколько операций может производить ЦП за одну секунду.
Первые процессоры могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня до 3000 МГц и выше.

Виды памяти
Память компьютера делится на:
внутреннюю — оперативную (энергозависима, «быстрая»)
внешнюю — долговременную (энергонезависима, «медленная»)
Быстродействие определяется временем доступа процессора к данным:
Время доступа совр.жесткого диска секунды
Время доступа опер.памяти секунды

Оперативная память предназначена для хранения программ и данных, которые используются процессором в текущий момент.
Содержимое оперативной памяти пропадает после выключения питания.
Оперативная память:

Оперативная память:
В нее загружаются запускаемые программы и данные, с которыми работают эти программы в настоящий момент.
Характеристики:
тип памяти (DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM);
форм-фактор;
объем;
частота.

Оперативная память П.К.
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОЗУ) - ЭТО ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ТЕКУЩИХ ДАННЫХ И ВЫПОЛНЯЕМЫХ ПРОГРАММ, А ТАКЖЕ КОПИЙ ОТДЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.
БОЛЬШИНСТВО ПРОГРАММ В ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЗЕРВИРУЮТ ЧАСТЬ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СВОИХ ДАННЫХ. К ДАННЫМ, ХРАНЯЩИМСЯ В ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ, ЦП МОЖЕТ ОБРАЩАТЬСЯ НЕПОСРЕДСТВЕННО, ИСПОЛЬЗУЯ ХОСТ-ШИНУ. ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА ВСЕ СОДЕРЖИМОЕ ОЗУ СТИРАЕТСЯ.
Основной составной частью микросхем ОЗУ является массив элементов памяти, объединенных в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить 1 Бит (0 Бит) информации. Каждый ЭП имеет свой адрес, который задаётся сегментом памяти и смещением. При этом ячейки памяти объединяются в банки памяти.

Существуют два основных типа устройств оперативной памяти:
Динамическая память
Статическая (кэш-память)

Виды устройств памяти.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ПЗУ — энергонезависимое устройство, т. е. данные, находящиеся в нем, не зависят от того, включен ли компьютер.
В ПЗУ хранится программа запуска компьютера, которая называется BIOS (базовая система вво­да/вывода). BIOS начинает работать после включения питания компьютера. Эта программа загружает с диска операционную систему и далее в работе компьютера не участвует.

Видеопамять – это вид памяти, обслуживающая устройство визуального отображения выводимой информации — монитор.
Сначала формируется содержимое видеопамяти, а затем адаптер монитора выводит изображение на экран.

Контроллер
Для связи между отдельными функциональными узлами ПК используется специальное устройство – шина, через которую осуществляется связь ЦП с устройствами, подключенными к данному ПК через контроллеры или адаптеры.
Контроллер (адаптер) — это электронная схема, управляющая работой вверенного ему внешнего устройства.

Карты расширения:
сетевая карта
модем
TV-тюнер

Видеокарта:
используется для обработки видеоинформации и ее отображения на экране монитора.

Видеоадаптер.
MDA (Monochrome Display Adapter - монохромный адаптер дисплея) - простейший видеоадаптер, применявшийся в первых IBM PC.
CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер) - первый адаптер с графическими возможностями.
VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной графики) - расширение MCGA, совместимое с EGA, введен фирмой IBM в средних моделях PS/2. Фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов.
SVGA (Super VGA - "сверх" VGA) - расширение VGA с добавлением более высоких разрешений и дополнительного сервиса.
Устройство, называемое видеоадаптером (или видеокартой), есть в каждом компьютере в виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента - платы расширения.
Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране.
Основные виды видеоадаптеров:

Видеоадаптер
Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов.
Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снижает нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений.

Звуковой адаптер
Трудно представить современный компьютер молчаливым, без возможности услышать сигналы, музыку, речь. Так как наша речь
(и музыка) достаточна, сложна и это приводит к большой загрузке процессора во время её вывода, то появилась необходимость в разгрузке звукового ввода и вывода.
Для этого и служит звуковая карта. Вместе со звуковой картой обычно используются специальные звуковые колонки или реже наушники.

Звуковая карта.
Звук высокого качества может обеспечить, конечно, только звуковая карта. Она предназначена для воспроизведения и записи звука на компьютере. Диапазон звуковых карт широк от простейших, предназначенных для невзыскательного слушателя, до звуковых карт для профессиональной работы. Звуковая карта состоит из нескольких основных модулей. Это:
Модуль цифровой обработки звука, называемый также цифровым звуковым процессором( DSP-Digital Sound Processor). Осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и наоборот.
FM-синтезатор.
Микширующее устройство. Модуль микширования включает в себя собственно микшер и усилители. Микшер предназначен для смешивания от различных устройств карты. Амплитуда, а следовательно и громкость каждого сигнала управляются независимо для каналов воспроизведения и записи.
Блок MPU (MIDI Processing unit-устройство MIDI обработки). Осуществляет приём и передачу данных по внешнему MIDI-интерфейсу.

Сетевая карта
Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга.
При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния.
Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.

Коммуникационные порты.
Для связи с другими устройствами (принтером, сканером, клавиатурой, мышью …) компьютер оснащается портами.
Порты ввода/вывода - основные узлы для подключения к компьютеру внешних устройств .
Порты: последовательные и параллельные.
Примеры портов:
COM (последовательный порт)
LPT (параллельный порт)
USB (последовательный с высокой производительностью)
PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры)

Внешние интерфейсы:
PS/2
USB
Ethernet (RJ45)
FireWire (IEEE1394)
eSATA
Разъемы звуковой карты
RCA

привод компакт-дисков
карт ридер
жесткий диск
флоппи дисковод
Устройства хранения информации:

Жесткий диск встроен внутрь системного блока и постоянно находится там. Жесткий диск представляет собой набор металлических или керамических дисков, покрытых магнитным слоем.
Жесткий диск

Винчестер
ВИНЧЕСТЕР - ЭТО УСТРОЙСТВО ВНЕШНЕЙ ПАМЯТИ, ПОЗВОЛЯЮЩЕЕ, В ОТЛИЧИЕ ОТ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ, СОХРАНЯТЬ ИНФОРМАЦИЮ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ. ВНУТРИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОРПУСА ВИНЧЕСТЕРА СОДЕРЖИТСЯ НЕСКОЛЬКО НАНИЗАННЫХ НА ОДНУ ОСЬ ЖЕСТКО ЗАКРЕПЛЕННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЛИ СТЕКЛЯННЫХ ПЛАСТИН, ПОКРЫТЫХ МАГНИТНЫМ СЛОЕМ. КОРПУС ЗАЩИЩАЕТ ДИСКОВОД ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ (ПЫЛИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ). ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖЕСТКИХ ДИСКОВ:

Дисковод и CD-ROM
Для транспортировки данных между удаленным компьютерами используются гибкие диски (дискеты) и компакт-диски CD-ROM.
Для записи и чтения данных, размещенных на дискетах, служит дисковод. Для чтения компакт дисков служат дисководы CD-ROM.
Емкость одной дискеты – 1.44 Мбайт, компакт-диска – 650-700 Мбайт.

Блок питания:

Мониторы
на электронно-лучевой трубке
жидкокристаллические

Клавиатура:
клавишное устройство для управления работой компьютера и ввода информации.

Аудиосистема компьютера:

Манипуляторы:

Мышь:
указательное устройство ввода.