Файл: Устройство персонального компьютера (Периферийные устройства).pdf

Внешняя память компьютера служит для долговременного хранения информации. Устройства внешней памяти называют накопителями, внешними и внутренними. Внешними устройствами называют те, которые имеют собственный корпус и источник питания. Внутренние устройства расположены внутри системного блока и соединены шлейфом с другими устройствами. [4]

Основными характеристиками накопителей являются: возможный объем хранимой информации и время доступа. [1]

Внутренним устройством памяти является жесткий диск или винчестер. Он представляет собой механический привод, головки чтения-записи, несколько носителей для хранения данных. Всем устройством управляет встроенный контроллер. Носителями информации являются несколько магнитных дисков. Магнитная головка способна считывать с них информацию и записывать новую, используя магнитные свойства слоя, нанесенного на поверхность. [4]

Информация хранятся в узких дорожках на поверхности диска, на современных дисках более 200 тысяч таких дорожек. Дорожки разделены на секторы. [1]

Карты дорожек и секторов помогают найти, куда записать или где считать информацию. Информация о адресах на секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая размещена снаружи корпуса жесткого диска. [2]

Диск производится из металлического сплава, который покрывают ферромагнитным слоем. Ферромагнитный слой хранит всю информацию. Информация, сохраненная на жестком диске, является определенной последовательностью нулей и единиц. Каждый участок жесткого диска размером с квадратный сантиметр содержит несколько десятков миллиардов битов. [5]

Когда на жесткий диск осуществляется запись, либо с него идет чтение данных, или загружается ОС, электромотор включается и набирает обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом моторе, то они вместе с ним начинают совершать вращательные движения. Когда обороты достигают нужного уровня интегральная микросхема приводит в движение магнитную головку, которая позиционирует то место на диске куда нужно произвести запись или откуда нужно извлечь команды или данные. [1]

Жесткий диск может пребывать в двух состояниях: состояние активной работы и моменты простоя, когда никаких операций чтения или записи не происходит. Однако следует отметить, что и в период простоя диски внутри винчестера не перестают вращаться, они вращаются медленнее.[5][2]

К внешним носителям информации относят диски CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Диски CD-R являются носителями емкостью до 650 Мбайт, представляют собой диски со светоотражающим слоем на той стороне, где хранятся данные. На диск нанесена спиральная дорожка из отражающих и не отражающих свет точек от периферии к центру диска. Устройство CD-ROM производит считывание данных с помощью лазерного луча.[7]

---

Накопители CD-R созданы для того, чтобы однократно записывать информацию на диски. Лазером прожигается пленка на поверхности диска, изменяя его отражающую способность. Перезапись такого диска невозможна. Диск данного типа читает привод CD-ROM.[1]

Используя накопители CD-RW можно делать многократную запись данных на диск. В работе диска используются свойство рабочего слоя менять свое состояние под воздействием лазерного луча из кристаллического в аморфное или наоборот. Оба состояния имеют разную отражательную способность.[1]

Диски DVD-R предназначены для хранения компьютерных данных довольно большого объема. Плотность записи на таких дисках несколько выше, чем у обычных CD-R. Так же как CD-R, диски такого типа не могут быть записаны второй раз. Диски DVD-RW позволяют записывать и перезаписывать информацию. [11]

Флеш-память как внешнее устройство памяти очень удобна, устанавливается в USB разъем на материнской плате. Флеш-память очень надежная, ударопрочная, в маленьком корпусе, экономно расходует электроэнергию и может вмещать довольно большой объем информации. Работать с модулем флеш-памяти очень просто, скорость работы высокая, зависит от операционной системы и материнской платы. В последнее время появлялись высокоскоростные разъемы USB. [9]

Внутренняя память процессора называется кэш-память (или просто кэш). «Кэш – это быстродействующая память, в которую переносятся команды и данные, непосредственно обрабатываемые процессором». [4, стр. 23.] Кэш-память состоит из трех уровней, первого, второго и третьего. Первый уровень отличается высокой скоростью обработки информации, второй – большим объемом, а третий служит для быстрого обмена данных с системной памятью. Обработка данных, расположенных в кэше происходит значительно быстрее, чем если бы они были в основной памяти. Из вышесказанного можно сделать вывод, что объем кэша косвенно определяет быстродействие процессора. [4]

Основное назначение кэш-памяти – это хранение команд и данных, которые понадобятся процессору в ближайшее время. Емкость кэша обычно намного меньше оперативной памяти и в нее может поместиться часть программы. В кэше так же хранятся вместе с данными или командами их адреса в основной памяти. [8]

«В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые слова, за счет чего повышается скорость доступа к ним. Если достаточно большой процент нужных слов находится в кэш-памяти, время ожидания может значительно сократиться». [10 , стр. 337]

Процесс использования кэш-памяти можно представить следующим образом. Процессору необходимо прочтение команды или данных из памяти, адрес запроса отправляется в порт – регистр MAR. MMU – контроллер памяти переделывает виртуальный адрес запроса в физический, для того чтобы контроллер кэш памяти начал поиск нужных данных или команд в кэше. Если попадание произошло, значит данные или коды программ извлекаются из кэша, если происходит промах, то необходимо обращение к основной памяти. [4]

---

Запись новых данных в память может быть осуществлена как через кэш, так и напрямую в память. [6]

Кэш прямой и ассоциативный – два основных принципа организации кэш памяти. Кэш ассоциативного отображения более эффективен, но эта технология весьма дорогостоящая, поэтому существует третий принцип – множественно-ассоциативный или наборно-ассоциативный, который основан на сочетании двух основных типов – прямого и ассоциативного. [8]

Если в процессоре используется кэш-память, предназначенная для хранения команд и данных, такая память называется смешанной, а архитектуру компьютера, в которой применяется смешанная кэш-память, обычно называют Принстонской, в честь университета, где такая кэш была разработана. В Гарвардской архитектуре компьютера применяют два кэша, отдельно для данных, отдельно для команд. Название происходит от Гарвардского университета, где была предложена такая архитектура в 1950 г. [12]

Сравнение Гарвардской и Принстонской архитектуры.

	Достоинства
Смешанная кэш-память	Более высокий процент попаданий, так как автоматически устанавливается оптимальный баланс между командами и данными
Раздельная кэш-память	Выборка команд и данных может производиться одновременно и не возникает сбоев

[12]

ПЗУ, ОЗУ, внешние запоминающие устройства, процессор соединены с материнской платой. [5]

«Материнская плата (Motherboard) — конструкционный элемент компьютера, на котором размещено большое число деталей: процессор, оперативная память, ПЗУ, разъемы (слоты) для подключения адаптеров (карт) и т. д.» [1, стр. 389]

Материнская плата – это основная микросхема системного блока, связующее звено между процессором, оперативной памятью, устройствами внешней памяти, звуковой и видеокартой и другими устройствами. [5]

Основная функция материнской платы быть посредником между устройствами внутри системного блока, передавать изображение на монитор, принимать сигналы от клавиатуры, мышки, а так же обеспечивает компьютеру доступ в Интернет с помощью встроенного сетевого адаптера. [7]

Конечно, у разных производителей могут быть различные материнские платы. Обычно в состав материнской платы входит:

• сокет CPU – разъем для установки процессора;
• Слоты PCI;
• Слоты под ОЗУ;
• SATA и IDE разъемы;
• Чипсет;
• Микросхема BIOS;
• батарейка питания CMOS памяти;
• Внешние разъемы (выходы на наушники, микрофон, Ethernet, HDMI, USB и т.п);
• Разъемы для подключения питания. [9]

---

Сокет процессора – это место для крепления процессора. Чтобы установить процессор в материнскую плату, нужно чтобы он подходил по сокету. Это тот параметр, на который следует обращать в первую очередь при покупке процессора. [5]

Физически сокеты имеют следующие различия: размер, количество контактов, их тип, расстояние креплений кулеров.[1]

PCI – (англ. Peripheral component interconnect) – это шина для подключения к материнской плате различных устройств. Слот PCI необходим для подключения звуковых карт, ТВ-тюнеров, сетевых карт и прочих так плат расширения. [6]

Рядом с сокетом обычно расположены слоты под оперативную память (ОЗУ). Тип оперативной памяти зависит от разъемов, имеющихся на материнской плате. Количество разъемов может отличатся, может быть от двух до шести разъемов, иногда и более. [1]

Слоты, предназначенные для ОЗУ, представляют собой набор контактов. Слева и справа на слоте расположены защелки, которые служат для фиксации микросхем. Так же имеется специальный выступ, который совпадает с вырезом на микросхеме. Таким образом, исключается неправильная установка устройства. [7]

Как говорилось выше, главное устройство в системном блоке – это процессор (ЦПУ), он отправляет команды остальным устройствам, технически невозможно совершать это напрямую. Чипсет связывает центральный процессор с остальными устройствами: оперативной памятью, устройствами ввода вывода, с контролерами периферийных устройств. Данные передаются через систему шин. [11]

Функции чипсета состоят в контроле и распределении сигналов, что позволяет системе работать быстро и без сбоев.

Характеристики чипсета:

• Количество процессоров, которое возможно установить на материнскую плату (МП);
• Количество слотов под карты памяти.[12]

Устройство чипсета отличается у старых и новых моделей. Старые модели состоят из двух отдельных блоков микросхем. Они назывались Северный и Южный мост. Северный мост служит для обеспечения обмена информацией центрального процессора с графическим устройством и с оперативной памятью. Южный мост передает сигналы от центрального процессора к накопительным дискам персонального компьютера, координирует работу звуковой карты, управляет оптическими приводами и прочими периферийными устройствами. Оба моста передают сигналы по системной шине.[1]

В новых моделях как такового Северного моста нет, он встроен в центральный процессор, как отдельный элемент есть только Южный мост. Интеграция Северного моста в процессор позволяет увеличить скорость работы, уменьшить затраты на производство, освободить место в системном блоке, снижается нагрев и потребление электроэнергии. [5]

---

На материнской плате есть микросхема BIOS. BIOS – это базовая система ввода – вывода. Программы, входящие в систему BIOS, совершают проверку функциональности системы перед запуском операционной системы и запускают ее. В персональном компьютере BIOS расположен в материнской плате, в небольшой микросхеме. Она может быть как съемной, так и впаянной в материнскую плату. Микросхем BIOS может быть две, одна из них резервная. Бывает, что BIOS не выделена в отдельную микросхему. Рядом может быть батарея и специальный джампер, позволяющий вернуть BIOS к заводским настройкам. [12]

«По определению BIOS представляет собой интерфейс между программным обеспечением и аппаратными средствами, который позволяет им общаться и взаимодействовать друг с другом». [3, стр. 4]

Рядом с микросхемой BIOS часто располагается батарейка питания CMOS памяти, иногда ее называют батарейка BIOS. Она представляет собой небольшой элемент питания для памяти CMOS. В то время, когда компьютер выключен, в нем должны хранится некоторые данные в памяти CMOS, такие как дата, время, часовой пояс и другие пользовательские настройки. [4]

Память CMOS, которую она питает, потребляет небольшое количество электроэнергии, но в конечном итоге элемент питания разряжается и подлежит замене. [4]

Батарейка представляет собой литиевый элемент питания с диаметром около 2 см с напряжением в 3 В. Её объем и емкость могут быть разными. [4]

Выделяют батарейки трех основных типов:

• CR2016 (емкость 80 mAh)
• CR2025 (емкость 150 mAh)
• CR2032 (емкость 230 mAh)[5]

Тип батарейки указан на ее лицевой стороне, обычно в нижней строке. [11]

Если батарейка для CMOS в компьютере разрядится или выйдет из строя, то это обычно не имеет необратимых последствий для компьютера. От сброса CMOS-памяти BIOS компьютер в целом не перестанет быть работоспособным. Пользовательские настройки BIOS пропадут, можно восстанавливать их вручную, но они не сохранятся после перезапуска. При загрузке может быть сообщение о неисправности батарейки. На экране появляется сообщение «Battery Low Level» или «CMOS-chercksum error». [5]

Материнская плата, оперативная и внешняя память и другие устройства системного блока потребляют электроэнергию. Блок питания компьютера предназначен для преобразования переменного тока в постоянный, понижения и стабилизации напряжения. Без блока питания компьютер не включается, если возникла такая ситуация, в первую очередь следует проверить именно его. [5][11]

Мощность блока питания у современного ноутбука, примерно 25-100 Ватт. В стационарных компьютерах мощность может достигать 2000 Ватт. В погоне за скоростью и производительностью компьютера не стоит покупать самый мощный блок питания. На скорость работы компьютера влияния не будет оказано никакого, а вот затраты возрастут и на покупку устройства и за электроэнергию. [7]

---