Реферат: Архитектоника ПК

С компьютером периферийные устройства взаимодействуют посредством своих адаптеров (контроллеров). Разумеется, и внешнее устройство и адаптер должны иметь одинаковый интерфейс. Обычно, подробности подключения к компьютеру того или иного внешнего оборудования отражены в прилагаемой к нему инструкции.

Всякое внешнее устройство в любой момент времени (если, конечно, оно не выключено) может быть или занято выполнением порученной ему работы или пребывать в ожидании нового задания. Влияние скорости работы периферийных устройств на эффективность работы с компьютером не меньше, чем скорость работы его центрального процессора. И, разумеется, скорость работы внешних устройств от быстродействия процессора никак не зависит. Электронные устройства во много раз быстрее устройств электронно-механических .

В данной главе будет рассказано о стандартных, широко распространившихся периферийных устройствах.

Идея классификации периферийных устройств

?????????? ?????, ?????? ? ?????/??????

Системная плата

Системная (главная , "материнская" ) плата (motherboard, system board) - основная и самая сложная плата в компьютере. Именно на ней устанавливаются микросхема центрального процессора¹ , модули внутренней памяти, электроника, управляющая работой шины² и вмонтированы разъемы для подключения плат расширения. Электропитание для них системная плата берет от блока питания компьютера. Каждая «материнская» плата рассчитана на конкретный тип центрального процессора и определенные скорости его работы. Все системные платы сделаны с учетом стандартных форм-факторов (типоразмеров ), определяющих их длину и ширину, а также расположение на них компонент. Наибольшее распространение имеют форм-факторы AT, BabyAT, ATX, LPX, NLX.

Центральный процессор

Центральный процессор (CPU) можно без преувеличения считать мозгом компьютера. Он управляет работой всей машины. Такой микропроцессор представляет собой квадратную интегральную микросхему, (поэтому к слову «процессор» часто добавляют приставку «микро»). Он умеет выполнять арифметические действия (например, складывать, умножать, делить, возводить числа в степень, вычислить значение синуса и т. д.), обеспечивая достаточно высокую точность вычислений. Еще центральный процессор умеет производить логические операции (сравнить на равенство, на совпадение двух условий) и выполнять операции по преобразованию данных. Именно умение процессора выполнять логические операции привело к тому, что чисто вычислительные возможности компьютера стали отходить на второй план, а на первый стала выходить способность компьютера собирать, хранить и перерабатывать (в основном, упорядочивать) информацию.

Операции, выполняемые процессором, называются машинными командами или инструкциями процессора . Так, если собаке можно дать команды вроде «сидеть», «лежать», «апорт», то команды процессору - это «сложить А и В», «умножить А на 255» и т. д. Именно из команд процессору и состоит всякая программа. Набор машинных команд у каждой марки процессора свой собственный, отличный от набора процессора любой другой системы или модели. Поэтому, иногда можно слышать, как говорят: « …такая-то программа написана для такого-то процессора».

У одних процессоров более богатый набор действий (система команд), у других - сравнительно небольшой. Сколько бы любая команда не выполнялась, она от этого не изнашивается.

Обычно, быстродействие процессора (вычислительную мощность) выражают через усредненное число операций в секунду или через тактовую частоту в МГц (Mhz). Тактовая частота - это внутренний ритм работы процессора. Она отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер. Увеличение частоты - основных тенденций развития микропроцессоров, центральный процессор - один из самых быстродействующих узлов компьютера. Тактовые импульсы генерирует встроенный в компьютер тактовый генератор , выдерживают частоту их повторения с большой точностью.

Существуют компьютеры, в которых могут одновременно работать несколько процессоров. Это дает увеличение производительности машины и увеличивает ее надежность. Такие машины называют многопроцессорными (мультипроцессорными ).

Сопроцессор

Сопроцессор (копроцессор ) (coprocessor) - это специальный вспомогательный процессор, устанавливаемый в компьютерах для выполнения специальных операций, «неудобных» в силу различных причин, центральному процессору. В принципе, использование сопроцессора повышает производительность компьютера, так как сопроцессор работает параллельно с центральным. Сопроцессоры могут установливаться и в различные дополнительные устройства. Наиболее распространены математические сопроцессоры (арифметические процессоры) (math-coprocessor), для решения частных, сложных математических вычислений и графические сопроцессоры (graphics-coprocessor), ускоряющие формирование изображений.

Машинная память

Память компьютера (memory) - понятие широкое, хотя очевидно, что это то место, где компьютер хранит данные пользователя. Память разделяется на внешнюю , долговременную память и оперативную (внутреннюю , системную , основную или ОЗУ), значительно более быструю. Внешняя память будет рассмотрена позднее, а в этой главе остановимся только на оперативной памяти.

Оперативная память - это место, куда процессор кладет и откуда выбирает данные непосредственно в процессе их обработки. Если сравнивать внешнюю и внутреннюю память по скорости доступа к хранимым в них данным, то окажется, что скорость внутренней памяти, реализованной на микросхемах, на несколько порядков больше, чем у внешней. По сути, память является самостоятельным устройством, как, например, процессор.

Организация внутренней памяти имеет сходство с пчелиными сотами, состоящими из огромного числа одинаковых ячеек. В каждой ячейке может храниться строго определенное число битов (в IBM-совместимых персональных компьютерах каждая ячейка памяти хранит по 8 бит информации). У современных машин, число ячеек памяти достигает десятков миллионов (мегабайт). Все ячейки имеют свой порядковый номер или, иначе говоря, адрес . Процессор использует этот адрес для обращения к нужной ему ячейке. Выполняя программу, компьютер с помощью процессора обращается к нужным ячейкам за их содержимым или записывает в них новые данные. При чтении - информация в ячейке памяти остается старой, не разрушается, а при записи прежнее содержимое может замениться новым. Память, в которой значение ячеек при записи в них заменяется новым, называется RAM (Random Access Memory) - память с произвольным доступом. Память, в ячейки которой невозможно записать новые значения называется ROM (Read Only Memory) - постоянное запоминающее устройство или ПЗУ. Данные в такую память обычно записывает завод-изготовитель компьютера.

Писать и читать ячейки памяти можно неограниченное число раз. Время чтения/записи зависит от технологии изготовления микросхем памяти и на сегодняшний день составляет всего несколько наносекунд. Это время оказывает влияние на скорость работы компьютера, на эффективность его работы в целом. Дело в том, что микропроцессор работая быстрее, чем микросхемы памяти простаивает, пока не закончится процесс записи или чтения данных. Соответственно, чем быстрее микросхемы памяти, тем меньше времени процессор тратит в холостую, а значит тем быстрее выполняются программы. Можно сказать, что быстродействие и емкость (максимальный объем одновременно хранимых данных) - две важнейшие характеристики памяти любого типа.

Компьютеру можно добавить (нарастить) оперативную память, правда, в оговоренных для каждой модели пределах.

Данные в оперативной памяти хранятся не постоянно, а только пока компьютер включен и работает. При выключении или же сбое электропитания, все содержимое оперативной памяти будет потеряно. Сразу же после включения компьютера его оперативная память пуста, в ней ничего нет.

Конструктивно, внутренняя память выполнена в виде группы микросхем (модуля памяти) и помещается внутри системного блока на системной плате. Платы, на которых установлены микросхемы памяти, различаются числом контактов, например, 30 или 72 контакта.

Кроме описанной выше «динамической» памяти, существуют микросхемы «статической» постоянной памяти, данные в которых сохраняются и после отключения питания. Существуют разновидности постоянной памяти, содержимое которой можно «стереть» ультрафиолетовым светом. Такой тип памяти называется EPROM.

Плата модуля компьютерной памяти Организация памяти компьютера

Кэш-память

Кэш-память (cache-memory) - это сверхоперативная память. Она значительно быстрее обычной оперативной памяти, но меньше по объему. Кэш-память доступна только процессору, которая хранит в ней промежуточные и часто используемые данные. Это позволяет процессору затрачивать меньше времени на доступ к данными и раньше освобождаться для других работ. Все это вместе ускоряет исполнение программ. Иначе говоря, кэширование - это организация хранения наиболее употребляемых данных в специально отведенной для этого части памяти с максимально быстрым доступом.

Кэш-память встроенная внутрь микросхемы микропроцессора называется кэш-памятью первого уровня , а установленная вне его - кэш-памятью второго уровня .

Порты

Порты связи (ports) служат для сопряжения компьютера и внешних устройств, таких как мышь, принтер, клавиатура¹ и т. д. Часто к портам подключают различные измерительные приборы, датчики. Существуют порты двух типов - последовательные (коммуникационных , сериальные ) (serial ports) и параллельные . Поскольку, через них с компьютером может взаимодействовать любое устройство, (при условии, что оно поддерживает протокол порта), и параллельные, и последовательные порты еще называют универсальными . Про внешние устройства, подключаемые к последовательным портам, говорят, что они имеют «последовательный» интерфейс, а про подключаемые к параллельным портам - «параллельный» интерфейс. Все порты могут настраиваться на заданную скорость передачи и приема информации.

Большинство настольных компьютеров имеют два последовательных порта, называемых COM1 и COM2 для подключения внешних устройств, порты COM3, COM4 для устройств, встроенных внутрь системного блока, но можно установить и большее число последовательных портов. К последовательным портам традиционно подключаются модем и мышь. Последовательными порты называются потому, что передают информацию последовательно бит за битом.

Кроме последовательных в компьютере, как правило, имеются порты параллельные - LPT. Через такой порт компьютер может посылать устройству группу бит информации одновременно. Принтер обычно подключается именно к параллельному порту.

Разъемы портов для внешних устройств укреплены на задней панели системного блока.

Разъемы портов на задней панели системного блока

CD-ROM, CD-R И CD-RW диски