Главная Программы

Для чего нужны следующие устройства компьютера. Как устроен компьютер

10.01.2024

Статьи в этой же категории

Системный блок

Основная часть персонального компьютера – это системный блок. Да, это тот самый ящичек, который стоит у кого на столе, у кого на полу под ногами и шумит, я не имею ввиду ноутбук, там все компактно и тихо. Вот там внутри и есть все главные узлы компьютера. В этом самом ящике, спрятаны самые главные элементы этого удивительного изобретения человечества, куда мы сейчас и заглянем.

Гладим его шершавые бока, и тихо холим и лелеим свои корыстные интересы, что эта железка наконец-то обеспечит мне материальное благополучие, и я съезжу в отпуск к своей куме в Ликино-Дулёво и куплю наконец-то себе велосипед.

И так:

Вот в таком красивом (иногда не очень) корпусе и находятся все основные компоненты нашего друга.

Материнская плата — это всё то, что даже если мы потратим еще одну жизнь на познание того, как это все сделалось и воплотилось в такие милые пластиночки цилиндрики, соединенные между собой красивыми ниточками, мы не узнаем как это всё работает. Да нам и не надо. Полюбуемся на это великое творение человека и забудем о нем. Потому как у нас другие задачи.


Процессор — сердце компьютера. В его искусственном мозгу происходят все те самые вычисления, которые потом преобразуются в потоки нужной информации, которую мы со временем превратим в денежные знаки, так нам необходимые.


Оперативная память (ОЗУ). — система хранение кратковременной цифровой информации для обработки массивов данных, вставлено в материнку, в соответствующие разъемы, обладает высокой скоростью переработки. Короче очень нужная система и он, компьютер, пользует её по полной программе и как ему заблагорассудится.


 Звуковая плата, еще её называют аудиокарта — служит для воспроизведения звука, существует как дополнительное оборудование, которое позволяет выводить звук на акустические приборы.Вставляется в специальные разъемы (слоты) на материнке. Как правило в компьютерах поставляются встроенными в материнскую плату.


Видеокарта (так же графическая плата, видеоадаптер ) — устройство служит для преобразования цифрового сигнала, образованного в процессоре, в сигнал для вывода на устройства, предназначенные для просмотра изображений (мониторов, телевизоров). Тоже в современных компьютерах поставляется интегрированными в материнскую плату. Но если требуется высококачественный выход на монитор, с высоким быстродействием. то следует приобретать более серьезные и дорогие видеоплаты, с большим объемом памяти, стоящими иногда дороже самого компьютера. Но это не наша история.


Жесткий диск (HDD, hard, винчестер) — запоминающее устройство, накопитель на жестких, как правило на алюминиевых, реже на стеклянных вращающихся пластинах, покрытых ферромагнитным слоем, двуокисью хрома. Принцип работы диска основан на магнитной записи. Жесткий диск является основным накопителем информации в современных компьютерах.


DVD привод — еще одно название Оптический привод , который при помощи лазера осуществляет считывание записанной информации, а так же записи (прожигание) на оптический носитель информации, представляющим собой специальный пластиковый диск (компакт -диск, DVD)

И наконец, все эти системы питает электрической энергией Блок питания. Он выпрямляет, снижает до нужного размера в Вольтах электроэнергию сети и выдает системам компьютера для их стабильной работы. Все просто как мир.

Конечно при работе компьютера происходит нагревание микросхем, и для их охлаждения используются компактные вентиляторы. Они исправно выполняют свою работу, но со всременем изнашиваются и начинают шуметь. Это не большая беда, они продаются в каждом магазине комплектующих деталей и стоят копейки. Всегда можно поменять и не волноваться о их исправности.

Периферия

Периферией называются устройства, которые присоединяются к системному блоку по средством кабелей, в определенные для них соответствующие слоты (разъемы). И хотя их обычно называют вспомогательными устройствами, они все-таки являются неотъемлемыми частями компьютера.


Клавиатура — система ввода информации (пальчиками) в компьютер от его пользователя. В народе её зовут нежно «Клава». Одно из основных устройств. Клавиатуры бывают разные, я лично люблю Клаву белую.

Мышь — это механический манипулятор, гениально придуманный мне неизвестным изобретателем, преобразующий движение руки в управляющий сигнал. Без неё смутно представляется работа с компьютером. Есть альтернативы мыши, это так называемые скролы, вращаемый ладонью шарик, пробовал, неудобно. Но всему есть место в эксплуатации ПК, и «Каждому своё», как было написано на воротах концентрационного лагеря «Освенцим».

И наконец самая приятная периферия нашего персонального компьютера, на которую мы больше всего смотрим, в котором видим волшебный мир чудесного превращения человеческой мысли в реальность, которая заставляет нас думать и мечтать, трудиться и наслаждаться, которая возбуждает любопытство к нашему необъятному миру познания, которая заставляет нас трудиться и думать — это наш Монитор. И даже не хочется описывать процессы получения изображения на этой плоской пластинке. Пусть это останется для нас загадкой, пусть останется интрига, а мы как дети, останемся такими же наивными и мечтательными.

Устройство компьютера с картинками

Каждый пользователь ПК прекрасно знает, что компьютер состоит из монитора, клавиатуры, мышки, колонок и системного блока. Но понятное дело, что это только верхушка айсберга. Это, так сказать, всего лишь одна сторона медали. Если заглянуть вовнутрь системного блока и других составных компьютера, то мы найдём ещё огромное количество деталей, благодаря которым, он, собственно говоря, и работает.

Самым основным, конечно же, является системный блок .

В общем-то, он и является непосредственно компьютером, который проделывает сотни тысяч операций. Если мы заменим монитор, клавиатуру или мышку, то нам станет просто удобней просматривать фильмы, слушать музыку, набирать тексты и прочее, но параметры ПК останутся всё теми же. Всё то, что отображается на мониторе и звучит в колонках, зависит от того, что находится внутри. Внутренними деталями системного блока определяются возможности системы в целом.

Системный блок компьютера состоит из: видеокарты, жесткого диска, модулей ОЗУ, кулеров, процессора, материнской платы и многих других частей. Рассмотрим важные детали и их функции более подробно.

Материнская плата – это основа всего системного блока.


Это плата, к которой присоединены все остальные детали механизма: видеокарта, процессор, жесткий диск и прочее. Из-за этого и название у нее соответственное. Она обеспечивает жизнедеятельность других деталей. Основной функцией материнской платы является связь остальных частей, таким образом, чтобы они работали как одно целое. Если открыть крышку с системного блока, то Вы сразу же ее заметите.

Центральный процессор – это, так называемое, сердце компьютера.


Именно процессор выполняет все те команды, которые задает пользователь ПК. Скорость и возможности компьютера зависят от того, насколько мощный процессор. Процессор расположен на материнской плате в специальном разъеме, который так и называется «разъем центрального процессора» или «сокет».

Кулер . Эта деталь находится сразу над процессором.

Кулер представляет собой небольшой радиатор с вентилятором, который рассеивает тепло и, таким образом, охлаждает процессор. Это очень важная деталь, так как если процессор перегреется, компьютер будет выключаться. А это быстро приведет к поломке ПК.

Винчестер или жесткий диск – это устройство, на котором сохраняется вся информация Вашего ПК.


Само собой разумеется, что чем больше обьем жесткого диска, тем больше информации способен вмещать в себя компьютер. Месторасположение винчестера в современных компьютерах немного отличается от более старых. Сейчас они присоединены с помощью интерфейса. Как правило, жесткие диски тоже часто перегреваются, а поэтому, для более долгого срока службы компьютера, установите ещё один небольшой кулер возле винчестера, которого будет вполне достаточно, чтобы избежать ремонтов.

Видеокарта – часть компьютера, отвечающая за скорость обработки видеоинформации.


В современных компьютерах к материнской плате видеокарта устанавливается через разъем PCI-Express. Существуют также материнские платы, у которых имеется несколько разъемов PCI-Express, это естественно позволяет улучшить картинку, и делает графическую подсистему в целом более мощной. Но в основном, обычной видеокарты хватает для среднестатистического юзера. Мощные видеокарты необходимы тем, кто, непосредственно, работает с графикой или просто любителям поиграть в игрушки с более чёткой картинкой, что бы ощутить всю атмосферу игры. Также в каждом компьютере имеется звуковая и сетевая карты. Их названия сами говорят за их функции в ПК.

Модули ОЗУ – это оперативная память другими словами.


В оперативной памяти временно сохраняются данные, которые необходимы процессору, чтобы выполнить операцию. По окончанию таких процессов, к примеру, после закрытия той или иной операции, данные с оперативной памяти, тут же удаляются. Скорость оперативной памяти, точнее доступа к ней, гораздо выше скорости доступа к винчестеру. Это помогает получать фактически моментальный доступ к нужной информации. Существуют разные модели ОЗУ, и поэтому разъемы для них на материнской плате тоже существуют разные.

Это, конечно же, не все детали, из которых состоит компьютер. Для того чтобы расширить возможности Вашего ПК, устанавливаются также различные ТВ-тюнеры, модемы и прочее. Это зависит уже от желаний пользователя.

Ну и, конечно же, для того, что бы все это функционировало, Вам необходим блок питания , который даст жизнь всему этому «железу».

Персональный компьютер (ПК) – это электронная вычислительна машина, с которой может работать пользователь, не являющийся профессиональным программистом. Характеризуется развитым («дружественным») человеко-машинным интерфейсом, малыми габаритами, массой, невысокой ценой и многофункциональностью применения.

Современные компьютеры строятся по принципу открытой архитектуры, который заключается в том, что при проектировании компьютера регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и способов соединений между ними). В результате появляется возможность сборки компьютеров из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями. Пользователь может модернизировать компьютер и расширять его возможности разнообразными устройствами в соответствии со своими личными предпочтениями.

Определения взяты из словаря компьютерных терминов А.Я. Фридланда.

Системная плата – печатная плата, выполненная из диэлектрического материала, которая управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами.

Процессор – интегральная микросхема, которая осуществляет обработку информации в ходе выполнения заданной программы, а также управляет всем вычислительным процессом и координирует действия других устройств вычислительной машины. В состав процессора входит устройство управления, арифметико-логическое устройство и кэш-память. (Характеристики процессора – степень интеграции, разрядность, тактовая частота, вид подключения, фирма производитель).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет основную работу по обработке информации, хранимой в оперативной памяти. В нем выполняются арифметические и логические операции. Кроме того, АЛУ вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие компьютеру автоматически выбирать путь вычислительного процесса в зависимости от получаемых результатов. В АЛУ имеется набор программно-доступных быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора, составляющие основу архитектуры процессора. Регистр – устройство, предназначенное для промежуточного хранения двоичной информации в процессе выполнения вычислительных операций, а также для их преобразования.

Устройство управления - часть центрального процессора, вырабатывающая распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд.

Система команд процессора

  1. Команды передачи данных
  2. Арифметические операции (основная – сложение: вычитание сводится к сложению, умножение и деление выполняются по специальным командам)
  3. Логические операции: сравнение, И, ИЛИ, НЕ; анализ отдельных битов кода, их сброс и установка
  4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо
  5. Команды ввода и вывода для обмена с внешними устройствами
  6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы: условный переход, безусловный переход, обращение к подпрограмме (переход с возвратом), организация циклов.

Существует 2 направления построения системы команд: CISC (Complex Instruction Set Computer) – компьютер с полным набором команд; RISC (Reduced Instruction Set Computer) – компьютер с ограниченным набором команд.

Оперативная память (RAM, ОЗУ)– функциональный блок, хранящий информацию для устройства управления (УУ) – команды и для АЛУ – данные, выполняющейся в данный момент программы. Состоит память из ячеек, способных хранить информацию. Ячейка памяти – вместилище порции информации в памяти компьютера, доступной для обработки отдельной командой. Количество информации, записываемое или извлекаемое из памяти за одно обращение, называется машинным словом. Оперативная память является энергозависимой, т.е. может хранить информацию, только тогда когда компьютер включен. (Современные ОЗУ: DDR SDRAM, RDRAM)

Постоянная память (ROM, ПЗУ) – энергонезависимая память, используемая для хранения программ и данных, необходимых для внутреннего тестирования устройств после включения питания компьютера. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении компьютера и предназначены для постоянного использования процессором.

Чипсет – набор интегральных схем, устанавливаемых на системной плате для обеспечения работы центрального процессора с периферийными устройствами. В состав чипсета входят контроллеры основных подключаемых устройств мультимедийного компьютера (мышь, клавиатура, обработка звука, локальная сеть и др.).

Шина ­– совокупность электрических линий для обмена данными между частями компьютера. Виды шин: локальная (подключена к контактам процессора), системная (подключение контроллеров внешних устройств) и периферийная.

Объединение функциональных блоков в компьютере осуще­ствляется посредством следующей системы шин:

шина данных, по кото­рой осуществляется обмен информацией между блоками компьютера;

шина адреса, используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение);

шина управления используется для передачи управляющих сигналов.

Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или системным интерфейсом. Физически шина находится непосредственно на материнской плате и связывает между собой процессор, оперативную память, контроллеры устройств компьютера, а также разъемы (слоты) расширения на материнской плате для подключения различных контроллеров устройств ввода/вывода. В эти разъемы вставляются платы (карты) расширения, которые либо сами представляют собой устройство, либо обеспечивают связь с другими устройствами (т.е. являются контроллерами).

Виды шин:

Системная шина (ISA, PCI, AGP, PCI-e)предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью.

Локальной шиной (FSB, BSB, DIB), как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, то есть шина процессора.

Периферийные шины (USB – Universal Serial Bus, Firewire 1394) предназначены для подключения периферийных устройств.

Характеристики шин : частота, разрядность, скорость передачи данных

Подключение внешних устройств осуществляется через порты ввода–вывода (последовательный, параллельный, игровой, клавиатурный), а также через выходы периферийных шин USB или 1394.

Контроллер – устройство для управления периферийным оборудованием и предварительной обработки данных процессора.

Дисплей – внешнее устройство ввода-вывода информации служащее для воспроизведение на экране находящейся в памяти ЭВМ информации в виде текстов и изображений. Дисплей может быть основан на следующих физических принципах: на основе электронно-лучевой трубки (монитор); газоплазменная матрица (PDP); жидкокристальный индикатор (LCD); электролюминесцентная панель (FED); светодиодные матрицы (LED); светящиеся полимерные полупроводники.

Видеоадаптер – устройство (контроллер), управляющее дисплеем и обеспечивающее вывод графических изображений. Определяет разрешающую способность дисплея, количество цветов. В своем составе может иметь видеопамять, преобразователь сигнала, графический акселератор.

Клавиатура – внешнее устройство ручного ввода данных, представленное в виде набора клавиш, которые делятся на буквенно–цифровые, командные, функциональные и управление курсором. За командными и функциональными клавишами могут быть запрограммированы определенные операции.

Модем (мод улятор-дем одулятор) – устройство, выполняющее преобразование двоичных данных в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по некоторому аналоговому каналу связи, принимаемые аналоговые сигналы обратно в цифровую форму. Может быть внутренним и внешним.

Сетевая карта – устройство для высокоскоростного межкомпьютерного обмена цифровой информацией на небольших расстояниях. В современных компьютерах встроены в чипсет.

Сканер – устройство для ввода в компьютер графической информации. Бывает ручной и настольный.

Принтер – устройство для вывода текстовой или графической информации на бумагу. Бывают матричные, термические, струйные и лазерные.

Плоттер – устройство для вывода широкоформатной графической информации на бумагу (графопостроитель).

Диджитайзер – устройство для ввода графических данных в компьютер, контур изображения обводится специальным пером и в компьютер поступают координаты каждой точки этого изображения.

К системной шине через контроллеры подключены внешние устройства, которые обмениваются данными с оперативной памятью . Обмен данными между устройствами компьютера обусловлен ограничениями функций, выполняемых этими устройствами, и должен быть запрограммирован. Выполняемая программа хранится в оперативной памяти компьютера и через системную шину передает в процессор команды на выполнение определенных операций. Процессор на их основе формирует свои команды управления, которые по системной шине поступают на соответствующие устройства. Для выполнения операций обработки данных процессор передает в оперативную память адреса необходимых данных и получает их. Результаты обработки направляются в оперативную память. Данные из оперативной памяти могут быть переданы на хранение во внешние запоминающие устройства, отображены на дисплее , выведены на печать, переданы по вычислительной сети.

Персональный компьютер - универсальная техническая система.

Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости.

Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется.

Понятие базовой конфигурации может меняться.

В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

  • системный блок;
  • монитор;
  • клавиатуру;
  • мышь.

Помимо компьютеров с базовой конфигурации все большее распространение получают мультимедийные компьютеры, оснащенные устройством чтения компакт-дисков, колонками и микрофоном.

Справка : «Юлмарт», на сегодняшний день самый хороший и удобный интернет магазин, где бесплатно вас проконсультируют при покупке компьютера любой конфигурации.

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Как устроен системный блок

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса.

Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении.

Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам:

  • полноразмерный (big tower);
  • среднеразмерный (midi tower);
  • малоразмерный (mini tower).

Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).

Выбор того или иного типа корпуса определяется вкусом и потребностями модернизации компьютера.

Наиболее оптимальным типом корпуса для большинства пользователей является корпус типа mini tower.

Он имеет небольшие габариты, его удобно располагать как на рабочем столе, так и на тумбочке вблизи рабочего стола или на специальном держателе.

Он имеет достаточно места для размещения от пяти до семи плат расширения.

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором.От него зависят требования к размещаемым устройствам.

В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: AT и АТХ.

Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса.

Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.

В системный блок входит (вмещается):

  • Материнская плата
  • Микросхема ПЗУ и система BIOS
  • Энергонезависимая память CMOS
  • Жесткий диск

Материнская плата

Материнская плата (mother board ) - основная плата персонального компьютера, представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой.

Путем травления фольги получают тонкие медные проводники соединяющие электронные компоненты.

На материнской плате размещаются:

  • процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
  • шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
  • оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
  • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
  • микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
  • разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

(микропроцессор, центральный процессор, CPU) - основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.

Он представляет из себя большую микросхему, которую можно легко найти на материнской плате.

На процессоре устанавливается большой медный ребристый радиатор, охлаждаемый вентилятором.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться.

Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных.

На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами.

Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина

У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных

По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Шина команд

Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора.

Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды.

Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора.

Основными параметрами процессоров являются:

  • рабочее напряжение
  • разрядность
  • рабочая тактовая частота
  • коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты
  • размер кэш памяти

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт).

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов.

В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты.

В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате.

Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью.

Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область - так называемую кэш память.Это как бы «сверхоперативная память».

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память.

Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш память.

«Удачные» обращения в кэш память называют попаданиями в кэш.

Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш памяти.

Нередко кэш память распределяют по нескольким уровням.

Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт.

Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле.

Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета).

От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

Шинные интерфейсы

ISA (Industry Standard Architecture) - устаревшая системная шина IBM PC-совместимых компьютеров.

EISA (Extended Industry Standard Architecture) - Расширение стандарта ISA. Отличается увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим.

PCI (Peripheral Component Interconnect - дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) - разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счет уменьшения количества встроенной видеопамяти.

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная магистраль) - Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1.5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и тому подобное, этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы.

В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA - PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и тому подобное

(RAM - Random Access Memory) - это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках.

Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.

Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно.

Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро.

Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды.

Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы - триггеры, состоящие из нескольких транзисторов.

В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера.

Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями.

Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения - однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти - чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).

Микросхема ПЗУ и система BIOS

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего - ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес.

Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково).

Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет.

Он указывает на другой тип памяти - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» - их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System).

Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Энергонезависимая память CMOS

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами.

Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы.

Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры.

По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.

Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS.

От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате.

Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы.

Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

Жесткий диск

Жесткий диск - основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ.

На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n - число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных.

При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра.

При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска.Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке.

Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции.

Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска.

В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

На жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой.

Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам.

Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации.

Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель - дисковод.

Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока.

Начиная с 1984 года выпускались гибкие диски 5.25 дюйма высокой плотности (1.2 Мбайт).

В наши дни диски размером 5.25 дюйма не используются, и соответствующие дисководы в базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 года не поставляются.

Гибкие диски размером 3.5 дюйма выпускают с 1980 года.

Сейчас стандартными считают диски размером 3.5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1.4 Мбайт) и маркируются буквами HD (high density - высокая плотность).

С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение.

Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи и пыли.

Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие.

Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации.

Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске.

Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо.

Их используют только для транспортировки информации или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска.

Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска.

Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями.

Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий.

Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных.

В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-50х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи - до 4х.

Вы когда-нибудь открывали ваш системный блок? Ведь всем было интересно посмотреть на устройство компьютера внутри системного блока. Что же там происходит? Там находятся много небольших деталей (устройств), которые на первый взгляд вам покажутся очень сложными и таинственными. Но на самом деле не все так сложно. Данный урок поможет вам освоить некоторые базовые понятия, познакомиться с устройством компьютера внутри системного блока.

Устройство компьютера изнутри (железо)

Давайте рассмотрим внутреннюю часть системного блока.

Центральный процессор (CPU) — это устройство находится внутри системного блока, на материнской плате. Его называют мозгом компьютера, и его работа заключается в выполнении команд. Каждый раз, когда вы нажимаете клавишу, щелкаете мышью или запускаете программу, вы посылаете команды в процессор.

Скорость процессора измеряется в мегагерцах (МГц) — миллион операций в секунду, и гигагерц (ГГц) — миллиард операций в секунду. Более быстрый процессор будет выполнять инструкции быстрее. Тем не менее скорость компьютера во многом зависит от скорости различных компонентов, а не только от процессора.

Есть много производителей процессоров для персональных компьютеров, но наиболее известные из них Intel и AMD .

— это устройство является основной платой компьютера. Это тонкая пластина, которая содержит процессор, память, соединителей жестких дисков и оптических приводов, карты расширения, а также порты, USB-порты.

Он питает энергией компьютер. Он посылает энергию через кабель к материнской плате и к другим компонентам.

Если вы решили заглянуть во внутрь системного блока, то в первую очередь убедитесь в том, что отключили компьютер от розетки. Прежде чем прикасаться к внутренним компонентам компьютера, вы должны коснуться заземленного металлического предмета или металлическую часть корпуса компьютера для снятия статического накопления. Статическое электричество может передаваться через компьютерные схемы и разрушить их.

RAM — оперативная память (ОЗУ) — это кратковременная память вашей системы. Всякий раз, когда компьютер выполняет расчеты, он временно хранит данные в памяти, пока это необходимо.

Эта временная память исчезает, когда компьютер выключается. Если вы работаете над документом, таблицей, или другим типом файла, то вы должны сохранить его, чтобы не потерять. При сохранении файла, данные записываются на жесткий диск, который выступает в качестве долговременного хранения.

Оперативная память измеряется в мегабайтах (мб) или гигабайтах (гб). Чем больше оперативной памяти, тем больше процессов одновременно может выполнять компьютер. Если ваш компьютер медлит, тормозит, когда есть несколько открытых программ, то это из-за нехватки оперативной памяти. В таком случае вы всегда можете добавить дополнительную оперативную память для повышения производительности.

Бит является наименьшей единицей измерения. Байт это 8 бит. Мегабайт содержит около одного миллиона байт, а гигабайт — это примерно 1 миллиард байт.

— это центр обработки данных на компьютере. Там установлено все программное обеспечение, все ваши документы и другие файлы. Жесткий диск служит как длительное хранение. Это значит, даже если вы выключите компьютер и отключите его от сети, все данные будут сохранены.

Несет ответственность за то, что вы видите на экране монитора. Большинство компьютеров имеют GPU (графический процессор), встроенный в материнскую плату. Простыми словами это встроенная видеокарта. Но если вы будете играть в игры с мощной графикой, то встроенные видеокарты просто не смогут их воспроизвести. Поэтому некоторые люди устанавливают отдельную мощную видеокарту в дополнительные слоты расширения компьютера.

Устройство называемое звуковой картой (название само говорит за себя) отвечает за звук. Тут думаю все понятно.

Сетевая карта позволяет компьютеру обмениваться данными по сети, получать доступ в Интернет через кабель Ethernet, или через беспроводное соединение (Wi-Fi). Многие компьютеры имеют встроенные в материнскую плату сетевые карты. Если таковой у вас не окажется, вы можете отдельно купить сетевую карту и добавить его в дополнительный слот расширения.

Является технологией беспроводной связи на коротких расстояниях. Он часто используется в компьютерах для работы с беспроводной клавиатурой, мышью и принтером . Они редко бывают встроены в материнскую плату.