Файл: Архитектура современных компьютеров.pdf

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.

1.5 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.^{^[13]}

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 .

1.6 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).^{^[14]}

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.

1.7 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.

1.8 Твердотельный жесткий диск

Твердотельный накопитель — это энергонезависимое, перезаписывающие компьютерное запоминающее устройство в котором нет движущихся частей. Можно различать твердотельный накопители, основанные на использовании энергонезависимой (NAND или Flash SSD и энергозависимой (RAM SSD) памяти.

Твердотельный накопители, основанные на использовании энергонезависимой памяти, считаются очень перспективной разработкой. Многие аналитики считают, что в ближайшее врем NAND твердотельные накопители получат наибольшую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. На сегодняшний день, твердотельные накопители применяются в основном в специальных вычислительных системах и в нескольких моделях ноутбуков (например, ASUS Eee PC).

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

1. быстрый поиск информации;

2. большая скорость запуска, отсутствие движущихся частей;

3. более низкая потребляемая мощность;

4. большая механическая стойкость;

5. маленькое время считывания информации;

6. наибыстрейшее время записи (только для RAM);

7. большой диапазон рабочих температур;

8. нету шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;

9. практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их фрагментации или расположения;

10. маленький вес и размер.

Недостатки твердотельных накопителей

• маленькая емкость;

• большая цена за 1 Гб;

• маленькая скорость записи;

• малая плотность записи;

• большая чувствительность к некоторым эффектам,

• маленькое число циклов перезаписи;

• большое употребление энергии в режиме ожидания.

2. 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. ^{^[15]}

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.

2.1 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.

Мониторы по типу экрана разделяются на:

мониторы на основе электронно-лучевой трубки
жидкокристаллические мониторы
плазменные;
OLED-мониторы;
LED-мониторы и др.

Новые видеоадаптеры дают возможность подключить более одного монитора к персональному компьютеру, или использовать телевизор вместо монитора.

Основными параметрами монитора являются:

Размер пикселя.
Время отклика пикселей.
Разрешение.
Размер экрана.
Частота обновления экрана.
Соотношение сторон экрана.
Угол обзора.

2.2 Принтер

Принтер компьютера – это внешнее периферийное устройство, которое служит для вывода графической или текстовой информации на бумагу, или другой твердый физический носитель. Принтер преобразует информацию из дискретного в аналоговый вид.

Первые принтеры появились в продаже в середине 1980 годов.

По количеству выдаваемых цветов принтеры можно разделить на цветные и черно-белые.

По принципу проектирования изображения принтеры можно разделить на:

термопринтеры,
сублимационные,
матричные,
лазерные,
струйные,
3D-принтеры и другие.

Принтеры могут подключаться к персональному компьютеру через USB (Universal Serial Bus) порт, а также по беспроводной связи через Bluetooth, Wi-Fi, ИК-порт.

2.3 Клавиатура

Клавиатура компьютера – это устройство для ввода любой информации в ПК, которое позволяет пользователю компьютера вводить информацию в ПК путем нажатия на клавиши. Клавиатура подключается к компьютеру через порты PS/2 или USB.^{^[16]}

Клавиши клавиатуры делятся на несколько основных групп:

Функциональные клавиши – клавиши от F1 до F12.
Алфавитно-цифровые;
Клавиши цифровой панели;
Клавиши-модификаторы (Alt, Ctrl, Shift , Caps Lock, Alt Gr);
Клавиши управления курсором;
Мертвые клавиши
Специализированные и другие.

Классическая раскладка QWERTY используемая на обычных классических клавиатурах была создана в 1870-е годы Кристофером Шоулзом и использовалась на пишущих машинках.

2.4 Мышь

Стандартная к‬о‬м‬п‬ь‬ю‬т‬е‬р‬н‬а‬я м‬ы‬ш‬ь – это устройство ввода информации, которое помогает пользователю управлять к‬у‬р‬с‬о‬р‬о‬м и давать разные команды П‬К. Перемещая м‬ы‬ш‬ь по специальному коврику и‬л‬и поверхности стола, пользователь управляет курсором на экране монитора ПК. Классическая м‬ы‬ш‬ь должна содержать левую и правую программные клавиши, и колесо прокрутки.

Мы‬ш‬ь получила популярность с появлением графического и‬нтерфейса операционных с‬и‬с‬т‬е‬м н‬а П‬К. С‬р‬е‬д‬и а‬л‬ь‬т‬е‬р‬н‬а‬т‬и‬в к‬о‬м‬п‬ь‬ю‬т‬е‬р‬н‬о‬й м‬ы‬ш‬и м‬о‬ж‬н‬о в‬с‬т‬р‬е‬т‬и‬т‬ь т‬а‬к‬и‬е у‬с‬т‬р‬о‬й‬с‬т‬в‬а к‬а‬к с‬е‬н‬с‬о‬р‬н‬ы‬й э‬к‬р‬а‬н, т‬а‬ч‬п‬а‬д, т‬р‬е‬к‬б‬о‬л и д‬р.