Файл: Перспективы и направления развития технологий ПК.pdf

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

Оперативная память является очень важным элементом компьютера. В ней хранятся программы и данные, с которыми непосредственно работает ПК. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых элементов.

Структурно ОЗУ состоит из миллионов отдельных ячеек памяти емкостью один байт каждая. Поэтому основной характеристикой оперативной памяти является ее объем, который исчисляется в байтах. Его величина определяет перечень программ, которые можно использовать на ПК.

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

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.

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. В большинстве современных процессоров предельный размер адреса обычно составляет 32 разряда, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³². Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и скорость передачи данных. Сегодня наиболее распространены модули объемом 128-512 Мбайт. Скорость передачи данных определяет максимальную пропускную способность памяти (в Мбайт/с или Гбайт/с) в оптимальном режиме доступа. При этом учитывается время доступа к памяти, пропускной способности шины и дополнительные возможности, такие как передача сигналов за один такт работы. Одинаковые по объему модули могут иметь разные скоростные характеристики.

• • 1. Постоянно запоминающее устройство

В момент включения компьютера на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

---

Этот исходный адрес после включения указывает на тип памяти способный длительное время хранить информацию - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Постоянная память (Read-Only Memory, ROM) используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера и выполнения базовых функций по их обслуживанию. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием процессов ввода-вывода, содержимое ПЗУ часто называют система ввода-вывода (Base Input-Output System, BIOS). Постоянное запоминающее устройство выполняется из полупроводниковых модулей и в отличие от ОЗУ является энергонезависимым (информация сохраняется при выключении компьютера). Данные в ПЗУ заносятся при его изготовлении и не могут быть изменены пользователем. Объем постоянной памяти значительно меньше, чем оперативной, и не превышает нескольких сотен Кбайт.

Каждая ячейка основной памяти имеет свой, отличный от всех остальных адрес. Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство - совокупность ячеек памяти, к которым можно обращаться с использованием машинного адреса.

• • 1. Интерфейс системного блока

Интерфейс системного блока представлен тремя шинами: шина данных, адресная шина и командная шина.

У процессоров семейства Pentium адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных проводников. 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.

По шине данных передаются данные из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных персональных компьютерах шина данных, как правило, 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

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 из оперативной памяти по командной шине. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная, 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.

---

После сборки и компьютер, и все его адаптеры оказываются связанными между собой множеством соединений. Если бы было возможно связать их вместе, получился бы толстый жгут или шина. Шина (bus) - это главная магистраль, по которой происходит информационный обмен между устройствами компьютера. При этом количество информации передаваемой за один прием зависит от пропускной способности шины. Время необходимое для однократного считывания или записи данных по проводам шины, называется циклом шины.

Все устройства на системной шине CPU рассматривает либо как адресуемую память, либо как порты ввода-вывода.

О совершении некоего события процессор может узнать по сигналу, называемому прерыванием. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается, а вместо нее начинает выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Обычно прерывания подразделяются на аппаратные, логические и программные.

• • 1. Кэш-память

Кэш-память (cache-memory) предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

Кэш-память - и это сверхоперативная память. Она значительно быстрее обычной оперативной памяти, но меньше по объему. Объем кэш-памяти определяет модификации ПК. 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.

• • 1. Видеокарта

Видеоконтроллер (видеокарта) - это электронная схема, обеспечивающая формирование видеосигнала. Это устройство позволяет выводить изображение на экран монитора, захватывать движущееся изображение и обрабатывать изображение, поступающее с видеокамеры, видеомагнитофона или телевизора.

---

Видеокарта не всегда была компонентом ПК. В общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный), CGA (4 цвета), EGA (16 цветов), VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640x480, 800x600,1024x768, 1152x864; 1280x1024 точек и далее).

• • 1. Звуковая карта

Звуковая карта (sound card, sound blaster) явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Звуковая карта - это устройство для качественного воспроизведения звука через акустические колонки или наушники, поскольку слабый встроенный в компьютер динамик хорошо воспроизводить звук не способен. Звуковые карты обычно позволяют записать звук с микрофона, с линейного выхода магнитофона или другого источника.

Звуковая карта может быть на собственной печатной плате и вставляться в разъем расширения или сразу присутствовать на системной плате.

---

Для дополняющей звуковую карту акустической системы основными характеристиками являются полоса пропускания неискаженного звука и выходная мощность.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

В области воспроизведения звука наиболее сложно обстоит дело со стандартизацией. В отсутствие единых централизованных стандартов, стандартом де-факто стали устройства, совместимые с устройством SoundBlaster, торговая марка на которое принадлежит компании Creative Labs.

• • 1. Характеристики жесткого диска

Жесткий диск (Hard Disk, HDD) - основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ.

На жестком диске данные хранятся на магнитной поверхности диска. Информация записывается и снимается с помощью магнитных головок. Внутри жесткого диска может быть установлено несколько пластин (дисков), в просторечье именуемые «блинами». Двигатель, вращающий диск, включается при подаче питания на диск и остается включенным до снятия питания.

Двигатель вращается с постоянной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту. Данные организованы на диске в цилиндрах, дорожках и секторах. Цилиндры - концентрические дорожки на дисках, расположенные одна над другой. Дорожка затем разделяется на сектора.

Обычно современные жесткие диски имеют скорость вращения от 5400 до 7200 об/м. Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными. Современные жесткие диски имеют различное количество секторов на дорожке в зависимости от того, внешняя ли это дорожка или внутренняя. Внешняя дорожка длиннее и на ней можно разместить больше секторов, чем на более короткой внутренней дорожке. Данные на чистый диск начинают записываться также с внешней дорожки.

Время поиска (seek time) минимально только в случае необходимости операции с дорожкой, которая является соседней с той, над которой в данный момент находится головка. Наибольшее время поиска соответственно при переходе с первой дорожки на последнюю.

Все магнитные головки диска находятся в каждый момент времени над одним и тем же цилиндром, и время переключения определяется тем, насколько быстро выполняется переключение между головками при чтении или записи.

---