Аппаратные средства, Состав компьютера, Общие сведения о микропроцессорах, Основные понятия — Архитектура ЭВМ и систем

Что такое пк

В § 5 мы познакомились с основными устройствами компьютера — электронно-вычислительной машины (ЭВМ). Современные ЭВМ бывают самыми разными: от больших, занимающих целый зал, до маленьких, помещающихся на столе, в портфеле и даже в кармане. Разные ЭВМ используются для разных целей. Сегодня самым массовым видом ЭВМ являются персональные компьютеры. Персональные компьютеры (ПК) предназначены для личного (персонального) использования. Существуют различные типы ПК: стационарные (настольные) и мобильные (ноутбуки, планшетные ПК, карманные ПК).

Несмотря на разнообразие моделей ПК, в их устройстве существует много общего. Об этих общих свойствах и пойдет сейчас речь.

Основные характеристики персонального компьютера

Все чаще персональные компьютеры используются не только на производстве и в учебных заведениях, но и в домашних условиях. Их можно купить в магазине так же, как покупают бытовую технику. При покупке любого товара желательно знать его основные характеристики, для того чтобы приобрести именно то, что вам нужно. Такие основные характеристики есть и у ПК.

Основные понятия

Микропроцессор – это программно-управляемое устройство в виде интегральной микросхемы (БИС или СБИС), предназначенное для обработки цифровой информации. Микропроцессор является универсальным устройством и помимо компьютеров находит широкое применение в цифровых системах различного назначения.

Структура процессора есть совокупность его элементов, узлов, блоков, модулей, а также связей между ними, которая определяет аппаратную организацию процессора, т.е. состав и взаимодействие аппаратных средств, размещенных в микросхеме процессора. В структуру входят:

• • центральный процессор, или процессорное ядро, состоящее из одного или нескольких операционных устройств и устройства управления;
• • внутренняя память в виде регистров, кэш-памяти, модулей оперативной и постоянной памяти;
• • интерфейсный блок, обеспечивающий выход на системную шину и обмен данными с внешними устройствами через параллельные или последовательные порты ввода-вывода;
• • периферийные устройства (специализированные контроллеры, аналого-цифровые преобразователи, таймерные модули);
• • различные вспомогательные схемы (например, генератор тактовых импульсов).

Состав компонентов, входящих в структуру микропроцессора, и реализуемые механизмы их взаимодействия определяются функциональным назначением и областью применения микропроцессора.

Архитектура процессора представляет собой совокупность его аппаратных и программных средств, обеспечивающих обработку цифровой информации (выполнение программы). Это более общее понятие по сравнению с понятием «структура» определяет логическую организацию микропроцессора и компьютера в целом.

Архитектура процессора включает в себя набор программно-доступных регистров и операционных устройств, систему основных команд и способов адресации, объем и организацию адресуемой памяти, виды и способы обработки данных (обмен, прерывания, прямой доступ к памяти и др.).

Например, современные 32-разрядные процессоры х86 с архитектурой IA-32 (Intel Architecture – 32 bit) имеют стандартный набор регистров, общую систему основных команд, одинаковые способы организации и адресации памяти, защиты памяти и обслуживания прерываний. Часто архитектуру процессора отождествляют с архитектурой компьютера (например, CISC, RISC – см. ниже).

Устройство компьютера: а что там внутри?

Вентилятор для охлаждения трудяги-процессора

Для того чтобы у процессора «мозги не закипели» от усердной работы, сверху прямо на него устанавливают вентилятор.  Вентилятор очень старается охладить процессор и от того, увы, иногда начинает жужжать.

Также вентилятор еще называют кулер: от англ. «cool», что следует понимать не в смысле «круто», а как охлаждать или прохлада.

В старых компьютерах вентиляторов вообще не было, в них не было необходимости. Однако с увеличением мощности компьютеров некоторые элементы, потребляя электрический ток,  стали перегреваться и выходить из строя. Возникла потребность в их охлаждении, так в системных блоках появились вентиляторы.

Сейчас кулеры могут быть установлены внутри блока питания, на процессоре, на видеокарте. Дополнительный кулер может быть установлен на системном блоке, для охлаждения всего блока.

Внешний жесткий диск

Кроме винчестера, который расположен внутри системного блока в обязательном порядке, можно при необходимости еще подключить так называемый «внешний жесткий диск» или «внешний винчестер».

Его можно подключать к нескольким компьютерам и переносить с места на место.  Особенно он актуален для ноутбуков, где ресурсы встроенного жесткого диска обычно невелики.

Внешний жесткий диск также часто используется для архивации и резервного копирования информации на компьютере.

Также по теме:

Домик в системном блоке

Вопросы и задания

1. Назовите минимальный комплект устройств, составляющих персональный компьютер, и сделайте фотографии этих устройств.

2. Какие устройства входят в состав системного блока?

3. Что такое контроллер? Какую функцию он выполняет?

4. Как физически соединены между собой различные устройства ПК?

5. Как информация, передаваемая по шине, попадает на нужное устройство?

Жесткий диск или винчестер

При выключении компьютера вся информация из оперативной памяти удаляется. Однако все, что Вам нужно сохранить, всегда сохраняется на жесткий диск (HDD — сокращение от англ. Hard Disk Drive). Нужно только не забывать о сохранении своей работы!

В последнее время используются SSD-диски на компьютерах и на ноутбуках.

Жесткий диск чаще называют «винчестер», он же «винт», он же «винч». Располагается внутри системного блока. Это волшебный диск, на который записывается все, что нам нужно.

При выключении компьютера вся информация, которая была записана на винчестер, остается. Если хотите, можете проверить. Главное, иметь полезную привычку во время работы за компьютером — периодически сохранять свою работу на винчестере. Как говорится «на Бога надейся, но сам не плошай».

Кстати, а Вы знаете, откуда такое название у жесткого диска – «винчестер»? В 1973 году фирма IBM создала первую модель жесткого диска, который имел 30 дорожек и 30 секторов. Поэтому инженеры – разработчики диска, общаясь между собой, использовали краткое название «30-30».

Это случайно совпало с «Winchester 30/30» – маркировкой патрона одноименной фирмы, который имел калибр 0,30 дюйма, то есть 7,62 миллиметра, и стандартный заряд в 30 гран (около 2-х граммов) бездымного пороха. Как винтовка без патрона не выстрелит, так и компьютер без жесткого диска работать не будет.

С 1973 г. жесткий диск многие так и называют – «винчестер».

Как устроен персональный компьютер

Коротко о главном

Основные характеристики микропроцессора: тактовая частота и разрядность. Чем больше тактовая частота, тем выше скорость работы процессора. Увеличение разрядности ведет к увеличению объема данных, обрабатываемых компьютером за единицу времени.

Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера. Для эффективной работы современных программ требуется оперативная память объемом в сотни и тысячи мегабайтов (гигабайты).

Жесткий магнитный диск — обязательное устройство внешней памяти в составе компьютера.

Сменными носителями являются оптические диски, флеш-память.

Необходимый набор устройств ввода/вывода: клавиатура, манипулятор, монитор.

Дополнительные устройства ввода/вывода: принтер, сканер, модем, акустическая система и др.

Магистральный принцип взаимодействия устройств пк

Принцип, по которому организована информационная связь между устройствами компьютера, называется магистральным принципом взаимодействия. Процессор через многопроводную линию, которая называется магистралью (другое название — шина), связывается с другими устройствами (рис. 2.9).

Каждое подключаемое к ПК устройство получает свой номер, который выполняет роль адреса этого устройства. Информация, передаваемая от процессора к устройству, сопровождается его адресом и подается на контроллер. Далее работой устройства управляет контроллер.

Характерная организация магистрали такая: по одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления; по ней передаются управляющие сигналы (например, проверка готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).

Материнская плата

Материнская плата имеет второе имя: системная плата. Часто её называют просто «мамой», потому что она обеспечивает связь между всеми непохожими друг на друга элементами системного блока.

Именно к материнской плате подключаются процессор, жесткий диск, дисководы, видеокарта, монитор, клавиатура, мышь, принтер, модем, прочее.

Для этого на плате располагаются разъемы (или слоты), одни из которых имеют выход наружу, а другие нет. На задней стенке системного блока можно увидеть разъемы, которые выходят из компьютера и предназначены для подключения внешних устройств (клавиатуры, мыши, принтера, монитора и др.).

Озу: оперативное запоминающее устройство

Кроме процессора на материнской плате находится еще оперативное запоминающее устройство (сокращенно ОЗУ).

ОЗУ по английски — это Random Access Memory или сокращенно RAM.Такая память называется оперативной.

Она нужна для того, чтобы хранить в себе информацию, с которой компьютер работает в данный момент времени. То есть, она существует для того, что бы постоянно не «рыться» в огромном массиве данных на жестком диске, а работать лишь с определенным объемом, тем самым сокращая время выполнения заданных операций.

Чем память больше, тем быстрее работает компьютер. Кроме того, ОЗУ отвечает за то, какое количество программ может выполняться одновременно.

Для оперативной памяти на материнской плате выделено несколько разъемов, поэтому со временем, когда ее начнет не хватать, можно вставить дополнительную. В сумме с первоначальной памятью они могут составлять хороший дуэт.

Типы микропроцессоров и их характеристики

Микропроцессоры классифицируются на основе различных факторов. Эти факторы предназначены для измерения скорости процессора и объема передаваемой информации.

Номинальная скорость микропроцессора измеряется в гигагерцах или мегагерцах, как мы говорили ранее, в то время как количество информации, которую они могут передать, измеряется в килобайтах или мегабайтах .

Очевидно, что лучшие и самые быстрые процессоры являются самыми дорогими на рынке. В этом смысле есть недорогие процессоры (с частотой менее ГГц) и другие с огромной мощностью. Некоторые из них были разработаны для конкретных задач:

• Выполняем графические работы.
• Для использования в качестве серверов.
• Только для просмотра веб-страниц.
• Управлять офисными процессами.

Самый распространенный способ классификации микропроцессоров — это их скорость. . Скорость микропроцессоров — одна из наиболее важных характеристик по вашему выбору. И это во многом связано с требованиями Интернета.

Цифровая сеть все больше склоняется к мультимедийному контенту, который заслуживает более высокая скорость соединения , и, следовательно, гораздо более быстрый процессор.

У нас есть корпус самого высокого класса Intel, который Core i3, Core i5 и Core i7 . Это группа процессоров с числом ядер до 4. У них архитектура Intel x86-64. Их скорости варьируются от 1,06 ГГц до 2,66 ГГц в случае ноутбуков.

Стоит сказать, что в случае с ПК они действительно быстрые. Их диапазон составляет от 2,93 ГГц до впечатляющих 3,46 ГГц. Какой процессор у Intel самый быстрый? Это ядро i9 .

Со своей стороны AMD также стремится увеличить скорость своих процессоров.

Так обстоит дело с AMD Phenom. Они первые многоядерные процессоры этой компании. Так выглядят модели Phenom II и Athlon II. В частности, Phenom имеет пропускную способность от 65 до 45 нм.

Две компании, Intel и AMD, лидируют в создании микропроцессоров, поэтому естественно задаться вопросом, какие именно чем отличаются микропроцессоры Intel и AMD а какие лучше.

Наконец, мы оставляем вам обзор самых быстрых микропроцессоров на рынке:

• AMD Ryzen Threadripper 299WX : Частота 4,2 ГГц и 32 ядра.
• Intel Core i9 7980XE : Частота 2,60 ГГц и 18 ядер. Помимо памяти 128 ГБ.
• Intel Core i9 7940x : Частота 3,10 ГГц, 14 ядер и 19,25 МБ кэш-памяти.
• AMR Ryzen Threadripper 2950x:  Частота 4,4 ГГц и кэш-память 40 МБ.

Функции микропроцессора

С технической точки зрения, микропроцессоры используются для извлечения, интерпретации, выполнения инструкций и функционируют как системный компьютер , способный выполнять арифметические и логические операции.

Программы, хранящиеся в основной памяти, должны выполняться, и именно здесь работает микропроцессор, который обрабатывает данные. Его скорость измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). , где 1 МГц эквивалентно 000 ГГц.

Герцы иногда выражают количество операций, которые микропроцессор может выполнять за секунду. Например, бывает, что Процессор с тактовой частотой 1 ГГц способен выполнять до 1 миллиарда операций всего за секунду. Как и ожидалось, чем выше это значение, тем быстрее процессор.

Электронное приложение к уроку

Cкачать материалы урока

Устройства ввода/вывода

Все остальные типы устройств относятся к числу устройств ввода/вывода. Обязательными из них являются клавиатура, монитор и манипулятор (мышь; на мобильных ПК: трекбол, тачпад, джойстик и др.). Дополнительные устройства: принтер, модем, сканер, звуковая система и некоторые другие.