Файл: Архитектура и функционирование современного ПК.pdf

Оперативная память – является одной из основных частей ПК. Она предназначена для текущего хранения фрагментов пользовательских программ, операционной системы, их результатов работы и переменных и т.д. Частенько ОП называют оперативным запоминающим устройством ОЗУ. Количество задач, которое компьютер может выполнить одновременно, зависит от объема ОП.^[14]

ОЗУ – энергозависимая часть системы памяти компьютера, то есть данные сохраняются и доступны тогда, когда на модули ОП подается напряжение. При выключении питания теряется информация.

Обмен данными между оперативной памятью и процессором производится:

через регистры в АЛУ;
непосредственно.

Первые образцы ОП появились в 1834 году, когда математик Чарлз Бэббидж изобретал первую аналитическую машину. Одну из важнейших частей этой машины он называл «складом», эта часть была предназначена для хранения промежуточных результатов вычислений. Информация в «складе» запоминалась в чисто механическом устройстве в виде шестерней и поворотов валов.

Раньше в качестве оперативной памяти были использованы запоминающие устройства, основанные на разных физических принципах (акустические линии задержки, ЭЛ-трубки, электромагнитные реле, и т.д.). Потом использовались также магнитные сердечники, электромагнитные барабаны.

В современном мире применяют два вида ОЗУ:

Статическое ОЗУ
Динамическое ОЗУ

Оперативная память почти всех современных ПК представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые ИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом.

Жесткий магнитный диск

Жесткий диск – это устройство для хранения информации произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Это главнейший накопитель памяти в современном ПК. На жестком диске хранятся все данные и файлы.^[15]

Информация в накопитель на жёстких магнитных дисках записывается на стеклянные или алюминиевые жёсткие пластины, покрытые слоем ферримагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В накопитель на жёстких магнитных дисках используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении.

Самый первый жесткий диск был создан в 1956 году и весел почти тонну. Он представлял из себя большой ящик с вращающимися тонкими дисками, покрытыми чистым железом.

Схема устройства жесткого диска представлена.

Основные характеристики жесткого диска:

Ёмкость.
Размер.
Объем буфера.
Резким скачкам давления и сопротивляемость ударам.
Скорость передачи данных.
Потребление энергии.

Видеокарта

Видеокарта – это устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.

ПК первых поколений не выделяли видеокарты в отдельный модуль. Данное аппаратное решение – один из критериев отнесения ПК к современным поколениям. за обработку компьютерной графики отвечает видеокарта — одного из сложных типов данных, требующих высочайшей производительности микросхем.^[16]

Первые видеокарты появился в 1981 году, но кроме текста больше не чего передать не мог. Этот адаптер поддерживал 5 атрибутов текста: с повышенной яркостью, обычный, с подчеркиванием, мигающий, инверсия. Цвет текста определялся возможностями монитора. В основном это были буквы белого цвета на черном фоне.

Спустя определенное время появилась 1 цветная видеокарта. Она поддерживала в текстовых режимах 256 атрибутов текста и 16 цветов фона и символов. В графическом режиме было доступно 4 палитры в которых было по 4 цвета. Далее появилась усовершенствованная версия этой карты с расширенной до 64 цветов палитрой.

Видеокарта обычно представлена в виде платы расширения, которая вставляется в разъем материнской платы (универсальный или специальный). Также существуют МП со встроенными видеокартами.

Новейшие видеоадаптеры состоят из следующих основных элементов:

Видеоконтроллер формирует изображения в видеопамяти.
Графический контроллер.
Видео-ПЗУ.
Видео-ОЗУ.
Система охлаждения
Цифро-аналоговый преобразователь.
Коннектор. Разъемы HDMI или DVI.

Важные характеристики видеоадаптера:

Ширина шины памяти.
Объем видеопамяти .

Сетевая карта

Сетевая карта – это дополнительное устройство, позволяющее персональному компьютеру содействовать с другими компьютерами в сети. В нынешнее время в основном встречаются сетевые адаптеры, интегрированные в МП. Также нам встречаются внешние сетевые платы, которые соединяются к компьютеру через USB-порты иди LPT-, и строенные, которые вставляются в слоты МП (ISA, PCI).^[17]

На классических сетевых платах могут быть использованы разъемы для витой пары, тонкого коаксиального кабеля, для толстого коаксиального кабеля, а также оптический разъем, причем пока работает один из разъемов, другие работать не могут.

Также на плате может присутствовать световой индикатор, сообщающий о наличии подключения к сети и передачи информации.

Самые первейшие сетевые адаптеры имели низшую производительность, так как передача информации между ПК и сетью происходила последовательно из-за наличия буферной памяти только на один кадр. Далее для возрастания производительности стали применять метод многокадровой буферизации. Выпускаемые на сегодняшний день сетевые адаптеры имеют скорость обмена до 1 Гбит/сек и высокое количество высокоуровневых функций.

Звуковая карта

Звуковая карта — дополнительное оборудование ПК, которое позволяет обрабатывать звук. На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В нынешних МП представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio).

Речь о звуковой карте идет с момента, когда чипы и схемы, которые заботятся о звуке, начали размещать на отдельной печатной плате, так называемая карта, которая убирается в МП ПК. Один из первейших создателей звуковых карт для IBM PC был AdLib, который производит звуковые карты, основанные на звуковом Yamaha YM3812, или OPL2. Это был в основном стандарт, до тех пор, когда Creative Labs выпустила звуковую карту Sound Blaster, которая была чип YM3812 и звуковой процессор (вероятно, Intel микроконтроллеры), Creative называет их ""DSP"", это был самый первый процессор цифрового сигнала.

Несколько лет прошло, прежде чем Creative создал карту, которая умела в то же время записывать, а также воспроизводить звук. Благодаря Sound Blasteru, первый дешевые CD-ROM привод и развитии видео-технологий началась новая эра компьютерных мультимедиа. Пользователь может запустить музыкальный компакт-диск, записывать диалоги в компьютерные игры или воспроизводить фильмы. Старые звуковые карты не умели записывать и воспроизводить одновременно.

Основные характеристики звуковых карт

Количество каналов.
Форм-фактор.
Максимальная частота дискретизации при записи и воспроизведении звука.
Разрядность преобразователей.
Соотношение сигнал/шум.
Коэффициент нелинейных искажений.

Твердотельный жесткий диск

Твердотельный накопитель (англ. SSD, Solid State Drive, Solid State Disk) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся частей. Следует различать твердотельный накопители, основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.

Твердотельный накопители, основанные на использовании энергонезависимой памяти, являются весьма перспективной разработкой. Многие аналитики считают, что уже в ближайшие годы NAND твердотельные накопители займут достаточно большую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. По состоянию на сегодняшний день, твердотельные накопители используются в основном в специализированных вычислительных системах и в некоторых моделях ноутбуков (например, ASUS Eee PC).^[18]

Архитектура и функционирование

а )RAM SSD

Эти накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость (от 80 до 800 долларов США за Гигабайт). Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие диски, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования.

Своеобразной разновидностью таких дисков является RIndMA диск — подключенный быстрым сетевым соединением вторичный ПК с программным RAM-диском. Такой диск стоит в 2-4 раза меньше специализированных, но не рекомендуется для использования в критичных к потере данных приложениях.

б)NAND SSD

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD) появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью (3-10 долларов США за Гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям в чтении и записи, но компенсировали это (особенно при чтении) высокой скоростью поиска информации (сопоставимой со скоростью RAM-дисков). Сейчас уже выпускаются твердотельные Flash диски со скоростью чтения и записи сопоставимой с традиционными и разработаны модели существенно их превосходящие (ожидаются к выпуску в начале 2009 года). Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением. Уже практически полностью завоевали рынок ускорителей баз данных среднего уровня и начинают теснить традиционные диски в мобильных приложениях.

Преимущества по сравнению с жесткими дисками

более высокая скорость запуска, отсутствие движущихся частей;
быстрый поиск информации;
малое время считывания информации;
быстрое время записи (только для RAM);
низкая потребляемая мощность;
отсутствие шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;
высокая механическая стойкость;
широкий диапазон рабочих температур;
практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
малый размер и вес.

Недостатки твердотельных накопителей

высокая цена за 1 Гб (примерно в 15 раз выше, чем у жестких дисков);
малая емкость (лишь экспериментальные твердотельные накопители имеют емкость 1 Тб и больше);
более высокая чувствительность к некоторым эффектам, например, внезапной потере питания, магнитным и электрическим полям;
ограниченное количество циклов перезаписи: обычная флеш-память позволяет записывать данные до 100 тыс. раз, более дорогостоящие виды памяти — до 5 млн раз;
медленная скорость записи (для флеш-памяти);
малая плотность записи (за исключением устройств, находящихся на стадии разработки);
более высокое потребление энергии в режиме ожидания (к этому особо чувствительны переносные компьютеры).

Периферийные устройства

Все устройства, которые подключены к ПК, но не отвечающие за непосредственное функционирование персонального компьютера, называются периферийными. Все периферийные устройства можно разделить на три группы:

Устройства вывода информации – акустическая система, монитор, принтер.
Устройства ввода информации –клавиатура, мышь, тачпад, веб-камера, сканер, микрофон и т.д.
Устройства ввода/вывода, или устройства хранения – флэш-накопитель, жесткий диск. ^[19]

Периферийные устройства не зависят от архитектуры компьютера, они

необходимы только для расширения возможностей персонального компьютера. Это вспомогательные устройства, которые делают работу за компьютером более комфортной и удобной.

Давайте более подробно рассмотрим некоторые из них.

3.1 Монитор

Монитор компьютера – устройство вывода, предназначенное для отображения информации. Как правило монитор состоит из блока питания, плат управления, дисплея. Информация поступает на монитор в виде сигналов с видеоадаптера.