Файл: Устройство персонального компьютера(Ранние этапы появления компьютера и его частей).pdf
Добавлен: 15.05.2023
Просмотров: 302
Скачиваний: 3
Сопоставлять по этому показателю процессоры разных производителей нельзя – при одинаковой тактовой частоте они работают с различной скоростью, поскольку на нее влияют в не меньшей степени и другие характеристики. Например, процессоры марки AMD работают на более низких тактовых частотах, чем Intel, но за один такт производят больше действий. Разрядность (обрабатываемых данных) процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Очевидно, и эта характеристика процессора влияет на его быстродействие. Первые процессоры x86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386, они имеют 32-разрядную архитектуру. Подавляющее большинство современных процессоров являются 64-разрядными, но они полностью поддерживают архитектуру x86. Конечно, для пользователя важно знать, разрядность процессора на его компьютере, так как, например, программное обеспечение, рассчитанное на 64-х разрядный процессор, не может быть установлено на компьютер с 32-х разрядным процессором. 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 (англ. cache – тайник, тайный склад).
Кэш-память процессора - это сверхпроизводительная память, откуда процессор получает доступ к обрабатываемым данным. Объем ее очень мал и не позволяет вместить в себя исполняемую программу целиком, поэтому в кэш обычно загружены только часто используемые данные. Разумеется, чем кэш больше, тем к большему объему информации процессор может получить быстрый доступ. Поэтому от величины кэшпамяти зависит скорость исполнения программы.
Определить тип процессора, установленного на компьютере, и, более того, получить полную информацию обо всех составляющих компьютера, можно с помощью программ CPU-Z или AIDA 64.
Кэш-память служит буфером, в который загружаются часто исполняемые команды и используемые данные из ОЗУ (оперативная память). Большинство современных процессоров оснащены кэш-памятью двух или трех уровней (рис. 8):
– Кэш-память первого уровня (L1) – самый быстрый из всех уровней, выполняется в том же кристалле, что и процессор, за счет чего имеет наименьшее время отклика и работает на скорости близкой к скорости процессора. Имеет объем порядка десятков килобайт. Еще одна функция этого вида памяти – обеспечивать обмен между процессором и вторым уровнем кэш-памяти.
– Кэш-память второго уровня (L2) – имеет больший объем памяти, чем первый. Находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Одно из предназначений – буфер между вторым и третьим уровнем.
– Кэш-память третьего уровня (L3) – самый медленный из кэшей (но все же значительно быстрее ОЗУ), имеет самый большой объем памяти (может достигать нескольких мегабайт). Выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM7 и размещают на материнской вблизи процессора.
Рис.8. Уровни памяти
В центре современного центрального микропроцессора находится ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура (chip architecture). Процессоры бывают одноядерные и многоядерные Долгое время повышение производительности традиционных одноядерных процессоров в основном происходило за счет последовательного увеличения тактовой частоты (около 80% производительности процессора определяла именно тактовая частота) с одновременным увеличением количества транзисторов на одном кристалле. Однако дальнейшее повышение тактовой частоты (при тактовой частоте более 3,8 ГГц чипы попросту перегреваются!) упирается в ряд фундаментальных физических барьеров.
Многоядерный процессор – это центральный микропроцессор, содержащий 2 и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Чем больше у процессора ядер, тем большее число операций он может выполнять одновременно без потери производительности. Одноядерные процессоры для персональных компьютеров сегодня уже не выпускаются - наступила эра многоядерности.
Именно за счет увеличения числа ядер ведущие производители планируют наращивать мощность процессоров в дальнейшем. Сегодня на персональные рабочие станции устанавливаются, как правило, 2-8 ядерные CPU, а для серверных систем уже существуют и 16-ядерные. В экспериментальных условиях проходят апробирование процессоры, оснащенные более чем 20 ядрами.
За счет параллельной работы ядер процессора (одновременно выполняются несколько независимых потоков команд) при меньшей тактовой частоте многоядерный процессор обеспечивает большую производительность, чем одноядерный. Например, тактовая частота средненького двухъядерного процессора нередко может быть намного ниже частоты неплохого одноядерного процессора, но из-за разделения задач на «обе головы», разница в результатах становится несущественной.
Двухъядерный процессор Core 2 Duo с тактовой частотой 1,7ГГц легко сможет обскакать одноядерный Celeron с тактовой частотой 2,8ГГц, ведь производительность зависит не от одной лишь частоты, но и от количества ядер, кэша и других факторов.
Увеличение производительности за счет количества ядер особенно ощутимо при исполнении многозадачных программ, в логику которых заложено одновременное выполнение нескольких действий. В то время, как одноядерный процессор выполнял бы задачи последовательно - одну за другой, многоядерный - делает это параллельно.
Периферийные устройства персонального компьютера
Периферийные устройства ПК предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. Внешние устройства подключаются к портам ввода/вывода, размещаемым на системной плате компьютера, рис. 9, 10. Управление внешним устройством выполняет контроллер порта, к которому это устройство подключено.
Рис. 12. Стандартизованные интерфесы (порты) ПК
Параллельный порт (LPT) (25-контактный разъем) – предназначен для подключения принтера, сканера и др. До недавнего времени отличался сравнительно высокой скоростью передачи данных.
В последнее время применяется не очень часто и может отсутствовать на современных системных платах. Последовательный порт (COM) имеет меньшую скорость и годится для подключения медленных устройств, например, мыши. В последнее время применяется не очень часто, а на современных платах отсутствует, как устаревший.
Порт PS/2 используется для подключения клавиатуры (PS/2 Keyboard) и мыши (PS/2 Mouse).
Порт USB. Универсальный порт, предназначенный для подключения практически любого устройства- от мышки до принтера и сканера. Отличается не только высокой скоростью, но и тем, что USB-устройства могут подключаться к компьютеру «по цепочке» (до 127 устройств на один порт). Конечно, в том случае, если у каждого «звена» имеется свой USB-порт или USB-хаб на несколько портов одновременно. Единственное правило, которое следует соблюдать при работе с USB – первыми в цепочке должны быть самые производительные устройства: принтер, сканер, колонки, накопители. А в самом конце цепочки – медленные клавиатура и мышь. Еще одно важное качество USB – этот интерфейс позволяет подключать к компьютеру любые устройства без перезагрузки системы, «горячим» способом. Это соответствует идеологии Plug and Play – «включи и работай». Разъемы звукового адаптера.
Каждая системная плата оснащается встроенным звуковым адаптером. Соответствующие разъемы используются для подключения колонок, микрофона и других аудиоустройств.
VGA. Аналоговый порт, служит для подключения монитора. Будет присутствовать при наличии интегрированного (встроенного) видеоадаптера.
DVI. Цифровой порт, предназначен для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы и проекторы.
HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Мультимедийный интерфейс для передачи высококачественного цифрового видео и звука, позволяет передавать видео в формате Full HD (HDTV – 1920×1080).
eSATA. Порт для подключения внешних жестких дисков и других устройств с интерфейсом Serial ATA. Ethernet (LAN). В большинстве плат имеется один или два разъема для подключения к локальным сетям стандарта Ethernet.
Wi-Fi. Широкое распространение получили беспроводные сети по стандарту IEEE 802.11. Некоторые модели системных плат имеют встроенные адаптеры для работы в таких сетях.
Bluetooth. Еще один вариант беспроводного интерфейса, который чаще всего используется для подключения к компьютеру мобильных устройств, имеющих Bluetooth-интерфейс. Далеко не у каждой системной платы есть встроенная поддержка Bluetooth, но эта проблема легко решается установкой адаптера USB Bluetooth.
Рис. 13. Порты ввода/вывода ноутбука
В зависимости от назначения периферийные устройство можно разделить на следующие группы:
– Устройства ввода данных,
– Устройства вывода данных,
– Устройства для хранения данных,
– Устройства для обмена данными.
Устройства ввода данных Клавиатура – устройство ввода знаковых данных Устройства командного управления (манипуляторы): Мышь. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
Тачпад – сенсорная пластина, реагирующая на движение пальца пользователя по поверхности. Удар пальцем по поверхности воспринимается как еажатие кнопки. Недостатком тачпадов является невысокая точность. Для компьютерных игр и в некоторых специальных имитаторах применяются манипуляторы рычажно-нажимного типа (джойстики) и аналогичные им джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства.
Устройства для ввода графических данных Сканер (англ. scanner, от scan «пристально разглядывать, рассматривать») — это устройство ввода, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.
Графи́ческий планше́т (от англ. graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, digitizing tablet, digitizer — дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода информации созданной от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, так как позволяют создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).
Веб-камера (также вебкамера) — малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).
Монитор – оборудование для визуального отображения текстовой и графической информации, преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображения.
Принтер – оборудование для печати документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, светодиодные и струйные принтеры.
Колонки /наушники (гарнитура) – оборудование для воспроизведения вывода) звука.
Плоттер (графопостроитель) применяется для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока). Назначение графопостроителей – высококачественное документирование чертежно-графической информации.
Проектор – световой прибор, предназначенный для создания изображения с компьютера на большом экране.
Интерактивная доска (англ. interactive whiteboard), представляет собой большой сенсорный экран, работающий как часть системы, в которую также входят компьютер и проектор. С помощью проектора изображение рабочего стола компьютера проецируется на поверхность интерактивной доски. В этом случае доска выступает как экран. С проецируемым на доску изображением можно работать, вносить изменения и пометки. Все изменения записываются в соответствующие файлы на компьютере, могут быть сохранены и в дальнейшем отредактированы или переписаны на съемные носители. В этом случае, электронная доска работает в качестве устройства ввода информации.
Flash-накопители / внешние HDD – запоминающие устройства, использующие в качестве носителя или флэш-память, или внешний жесткий диск, подключаемые к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB или eSATA. Основное назначение внешних накопителей – хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционной системы и др.