Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Призначення, структура і класифікація технічних засобів комп’ютерів. Основні відомості про будову ЕОМ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Прикладна математика
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Архітектура комп’ютерів та комп’ютерних систем
Група:
ПМ-21
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Інститут прикладної математики та фундаментальних наук
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра ЕОМ
Методичні вказівки до лабораторних робіт
з курсу „Архітектура комп’ютерів та комп’ютерних систем”
спеціальності 6.0802 „Прикладна математика”
Лабораторна робота № 1
Тема: „Призначення, структура і класифікація технічних засобів комп’ютерів. Основні відомості про будову ЕОМ ”
Львів – 2008
Лабораторна робота № 1.
Тема: Призначення, структура і класифікація технічних засобів інформаційних систем. Основні відомості про будову ЕОМ
Електронна обчислювальна машина (ЕОМ) — це пристрій, що виконує операції введення інформації, оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприймання людиною.
За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки ЕОМ — пристрій введення, центральний процесор (ЦП), пристрій виведення. Всі вони складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема, до ЦП входять арифметико-логічний пристрій (АЛП), оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), керуючий пристрій (КП).
Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки вводиться різноманітна інформація на різних носіях, джерел може бути кілька. Це стосується і пристрою виведення.
Арифметико-логічний пристрій — блок ЕОМ, де відбувається перетворення даних за командами програми— арифметичні дії над числами, перетворення кодів, порівняння слів та ін.
Оперативний запам’ятовуючий пристрій (“пам’ять”) — блок ЕОМ, призначений для розміщення програм, а також тимчасового зберігання вхідних даних і проміжних результатів. ОЗП здатний записувати (зчитувати) елементи програм і даних на довільне місце пам’яті (з довільного місця пам’яті), має високу швидкість. “Записати на довільне місце” означає звернутися до заданої конкретної ділянки пам’яті без перегляду попередніх.
Запам’ятовуючі пристрої бувають трьох видів:
• двоспрямовані, які допускають зчитування і записування даних; до них належить ОЗП;
• напівпостійні, які призначені для зберігання інформації, що рідко поновлюється (наприклад, відомостей про конфігурацію ЕОМ);
• постійні (ПЗП), що дають змогу тільки зчитувати інформацію.
Керуючий пристрій координує роботу всіх агрегатів. У певній послідовності він вибирає з ОЗП команду за командою. Кожна команда декодується; при потребі з вказаних у ній комірок ОЗП передаються в АЛП (або навпаки) елементи даних; АЛП настроюється на виконання дії вказаної командою (в цій дії можуть брати участь також пристрої введення-виведення); дається команда на виконання цієї дії. Процес буде продовжуватися доти, доки не виникне одна з таких ситуацій:
вичерпано вхідні дані;
з одного з вхідних пристроїв надійшла команда на припинення роботи;
вимкнено живлення ЕОМ.
Якість ЕОМ характеризується багатьма показниками. Це набір інструкцій (команд), які ЕОМ здатна розуміти і виконувати; швидкість роботи (швидкодія) ЦП; кількість пристроїв введення-виведення (периферійних пристроїв), які можна приєднати до неї одночасно; кількість електроенергії, що споживається, та ін. Головним показником є швидкодія.
Швидкодія — кількість операцій, яку центральний процесор здатний виконати за одиницю часу.
На практиці користувача більше цікавить продуктивність ЕОМ— показник ефективної швидкодії, тобто здатності не просто швидко функціонувати, а й розв’язувати поставлені задачі.
Прагнення розробників і користувачів постійно підвищувати продуктивність ЕОМ спричиняє принципове і конструктивне вдосконалення елементної бази, тобто створення нових, швидших, надійніших і зручніших у роботі процесорів, запам’ятовуючих пристроїв, принтерів і т.д. Проте швидкість роботи елементів неможливо збільшувати безмежно (існують сучасні технологічні обмеження та обмеження, зумовлені фізичними законами). Тому розробники ЕОМ вирішують цю проблему, вдосконалюючи схемні рішення, тобто архітектуру ЕОМ.
Так з’явилися багатопроцесорні ЕОМ, у яких кілька процесорів працюють одночасно. Це означає, що продуктивність комп’ютера дорівнює сумі продуктивностей процесорів. Про такий комп’ютер кажуть, що він має багатопроцесорну архітектуру. У потужних комп’ютерах для складних інженерних розрахунків і САПР, а також для виконання робіт, пов’язаних із комп’ютерною графікою, часто встановлюють два або чотири процесори. У надпотужних ЕОМ (такі машини можуть, наприклад, моделювати ядерні реакції зі швидкістю природного процесу, передбачати погоду в глобальному масштабі) кількість процесорів сягає кількох десятків.
Швидкість роботи комп’ютера істотно залежить від швидкодії ОЗП. Тому постійно ведуться пошуки елементів для ОЗП, які потребували б якомога менше часу на операції читання-записування. Але разом із швидкодією різко зростає вартість елементів пам’яті, тому побудова ОЗП потрібної ємності на швидких елементах неприйнятна економічно. Проблема вирішується побудовою багаторівневої пам’яті. Тоді ОЗП складається з двох-трьох частин: основна частина великої ємності будується на відносно повільних (дешевших) елементах, а додаткова (кеш-пам’ять) складається зі швидкодійних елементів. Дані, до яких АЛП звертається найчастіше, містяться в кеш-пам’яті; більший обсяг оперативної інформації зберігається в основній пам’яті. Розподілом інформації між складовими частинами ОЗП керує спеціальний блок процесора. Ємність ОЗП і кеш-пам’яті належить до найважливіших характеристик ЕОМ.
Раніше роботою пристроїв введення-виведення керував ЦП, що займало в нього чимало часу. Архітектура сучасних ЕОМ передбачає передавання більшості функцій керування периферійними пристроями спеціалізованим процесорам, що розвантажує ЦП і підвищує його продуктивність.
Описаний принцип побудови ЕОМ має назву архітектура фон Неймана — на честь американського вченого Дж. фон Неймана (1903—1957), який її запропонував.
Архітектуру ЕОМ визначають три принципи.
Принцип програмного керування. Забезпечує автоматизацію процесу обчислень на ЕОМ. Згідно з цим принципом, запропонованим англійським математиком Ч. Беббіджем (1792—1871) у 1833 р., для розв’язання кожної задачі складається програма, що визначає послідовність дій ЕОМ. Ефективність програмного керування є високою тоді, коли задача розв’язується за тією самою програмою багато разів (хоч і з різними початковими даними). Якщо задачу розв’язують лише один раз, ефективність програмного керування низька.
Принцип програми, що зберігається в пам’яті ЕОМ. Згідно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми і дані подаються у вигляді чисел й обробляються так само, як і числа. Це прискорює процес їх виконання.
Універсальність алгоритмів при розв'язанні задач на ЕОМ. Набір операцій, які виконує універсальна ЕОМ, є достатнім для записування будь-якого алгоритму, що реалізує чисельні методи розв'язання математичних задач. У теорії алгоритмів доводиться, що універсальність щодо обчислювальних алгоритмів є універсальністю щодо цифрової інформації загалом. Отже, ЕОМ, що реалізує чисельні методи обчислень, є універсальним перетворювачем інформації.
На підставі цих принципів можна стверджувати, що сучасна ЕОМ — це технічний пристрій, який після введення в пам’ять початкових даних у вигляді цифрових кодів і програми їх оброблення, вираженої також цифровими кодами, здатний автоматично виконати обчислювальний алгоритм, заданий програмою обчислень, і видати готові результати розв’язання задачі.
Реальна структура ЕОМ значно складніша, ніж та, яку ми розглянули вище. У сучасних персональних комп’ютерах (ПК) все частіше здійснюється відхід від традиційної архітектури фон Неймана. Хоча багато в чому традиційна структура ЕОМ і принципи її побудови та функціонування зберігаються.
Класифікація ЕОМ
Номенклатура видів ЕОМ на сьогодні величезна: машини розрізняються за призначенням, потужністю, розмірами, елементною базою, стійкістю до впливу несприятливих умов і т.д. Тому класифікують ЕОМ за різними критеріями. Так, при виборі комп’ютерної техніки для розв’язання економічних та інших задач найважливішими є продуктивність та габаритні характеристики (розміри, маса). Класифікація ЕОМ дещо умовна, оскільки розвиток комп’ютерної науки і техніки такий стрімкий, що, наприклад, сьогоднішня мікро-ЕОМ не поступається за потужністю міні-ЕОМ п'ятирічної давності і навіть суперкомп’ютерам віддаленішого минулого.
Прийняту класифікацію ЕОМ за маcогабаритними даними наведено в табл. 1.1. Класифікацію персональних ЕОМ подано в табл. 1.2.
Таблиця 1.1
Класифікація ЕОМ за маcогабаритними даними
Клас ЕОМ
Основне призначення
Основні технічні дані
Ціна, тис. у.о.
Деякі моделі і/або виробники
Супер-ЕОМ
Складні наукові рахунки
Інтегральна швидкодія до десятків мільярдів операцій за секунду; до 100 процесорів, що працюють паралельно
До
10 000
Сгау 3, Сгау 4, VАХ-1000; MULTICON, СуЬег 205, Fujitsu VP2000
Великі ЕОМ (мейн-фрейми)
Оброблення великих обсягів інформації в банках, на великих підприємствах
Мульти-процесорна архітектура; підключення до 200 робочих місць
До 250
ІВМ360, ІВМ370, ІВМ ЕS/9000, ЕС1068, ЕС1170
Супер-міні-ЕОМ
Системи управління підприємствами; багатопультові обчислювальні системи
Мульти-процесорна архітектура; підключення до 200 терміналів; дискові запам'ятовуючі пристрої, що нарощуються до кількох терабайтів
До 180
Сім'я VAX (Digital Equipment); SPARC (SUN Microsystems) ; AS/400 (ІВМ)
Міні-ЕОМ
Системи управління підприємствами середнього розміру; багатопультові обчислювальні системи
Однопроцесорна архітектура, розгалужена периферія
До 100
ЕS/9370 (ІВМ); серії А та 2200 (Unisys)
Робочі
станції
САПР,
системи
автоматизації
експеримен-
тів, комп’ю-
терна графіка,
відеомонтаж
Одно-двопроце-
сорна архітек-
тура, висока
швидкодія
процесора,
часто — також
графічної
підсистеми;
ОЗП 128 Мбайт
До 50.
MERVA-2 (ІВМ
RS-6000); Sun
UltraSPARС;
NeXT.
Мікро-
ЕОМ
Індивідуальне
обслуговуван-
ня користува-
ча; робота
в локальних
автоматизова-
них системах
управління
Однопроцесорна
архітектура,
гнучкість
конфігурації —
можливість
підключення
різноманітних
зовнішніх
пристроїв.
До 2.
Найширший
перелік
моделей
і виробників
Таблиця 1.2
Класифікація персональних ЕОМ
Клас персональ-них ЕОМ
Маса, кг
Джерело живлення
Примітка
Настільні (desktop)
5—10
(без монітора)
Побутова електромережа
Використовуються в приміщеннях для обладнання робочих місць; забезпечують широкі функціональні можливості
Переносні (laptop).
1,5—5.
Побутова електромережа або акумуляторні батареї.
Призначені для використання в поїздках. Забезпечують широкі функціональні можливості, у тому числі підключення до обчислювальних мереж. Останнім часом цей клас ЕОМ “тяжіє” до блокнотних комп'ютерів
Блокнотні (notebook).
0,7—1,5
Акумуляторні батареї або перетворювач напруги.
Призначені для використання в поїздках. Забезпечують скорочені функціональні можливості. Особливо це стосується застосування різноманітних периферійних пристроїв
Електрон-ний секретар,
електронний записник (PDA, Personal
Assistant)
Менше 0,7
Батареї або перетворювач напруги.
Як правило, вміщається в кишені, можна легко тримати в руці. Набір функцій дає змогу виконувати записи текстів, деякі обчислення, вести розклад, телефонний довідник, перекладати фрази з іноземної мови.
Зарахування машин до певного класу є умовним як через нечіткість розмежування груп, так і внаслідок впровадження в практику складання машин на замовлення, коли номенклатуру вузлів ПК і конкретні їх моделі адаптують до вимог певного споживача. Крім масогабаритних характеристик, на зарахування комп'ютера до певного класу впливають: розрядність та кількість процесорів, розрядність і стандарти інших пристроїв (системної та інтерфейсної шин, контролерів), ємність накопичувачів, технічні характеристики периферійних пристроїв та ін. Проте навіть розрядність ЦП не є сталим критерієм. Так, на початку 80-х років XX ст. 32-розрядними були процесори для міні-ЕОМ та (рідше) робочих станцій, останніми роками процесори для ПК є 32-розрядними. У них навіть використовуються елементи 64—256-розрядної архітектури.
Вартість портативного ПК у два—п'ять разів вища, ніж настільного, який має такі самі основні параметри (ємність оперативної пам'яті, тип процесора, ємність жорсткого диска та ін.). Різницю в ціні зумовлюють мініатюризація відображального пристрою — рідкокристалічного дисплея, а також висока вартість портативних периферійних пристроїв. Крім того, портативні комп'ютери не повністю апаратно сумісні з моделями інших виробників.
За основними напрямами застосування ПК поділяють на три типи: побутові (домашні), офісні (ділові) та професійні.
Побутові ПК призначені для автоматизації побутової сфери діяльності людини: ведення сімейних баз даних (довідників, архівів, щоденників), розрахування сімейного бюджету, навчання, розваг (електронні ігри) та ін. Мають невисокі характеристики і відповідну комплектацію, що «тяжіє» до мультимедійної: складаються з кольорового монітора, звукової плати, аудіосистеми, дисковода CD-ROM (CD-ROM — Compact Disk Read Only Memory — компакт-диск із пам'яттю, що тільки читається) тощо.
Офісні ПК орієнтовані на автоматизацію конторської праці: складання, редагування та оформлення текстів, ведення баз даних, ділового листування, виконання табличних обчислень; роботу з графічною інформацією. Мають характеристики не нижчі від середніх і відповідну комплектацію (принтери, модеми, мережні карти, сканери та ін.).
Професійні ПК призначені для автоматизації праці інженерів і наукових працівників у САПР та автоматизованих системах наукових досліджень. Часто мають високі характеристики основних пристроїв і необхідний набір висококласних спеціалізованих пристроїв (наприклад, дуже великий монітор, плотер, професійний сканер, цифрову камеру та ін.).
Персональні комп'ютери. Особливості їх структури, конструкції та конфігурації.
Атрибутом сучасного офісу та основною технічною базою ІТ є персональний комп'ютер.
Персональний комп'ютер — загальнодоступна й універсальна щодо застосування настільна або переносна ЕОМ.
Фахівці, які працюють поза комп'ютерною сферою, вважають, що неодмінною складовою їх компетентності є знання апаратної частини ПК або хоча б його основних технічних характеристик.
Можливості ПК визначаються складом і характеристиками його функціональних блоків (рис. 1.1). Замінивши одні блоки на інші, можна досить легко та швидко модернізувати ПК.
Архітектуру ПК зумовлюють потреби користувача. Головне в них — структура та функціональні можливості машини, які можна поділити на основні й додаткові.
Структура комп'ютера — це модель, що встановлює склад, порядок та принципи взаємодії її компонентів.
Основні функції визначають призначення ЕОМ — оброблення і зберігання інформації, обмін інформацією із зовнішніми об'єктами. Додаткові функції підвищують ефективність виконання ЕОМ основних функцій: забезпечують ефективні режими її роботи, діалог із користувачем, високу надійність та ін. Ці функції ЕОМ реалізуються за допомогою її компонентів — апаратних і програмних засобів.
Переваги ПК:
низька вартість;
автономність експлуатації без спеціальних вимог до навколишнього середовища;
гнучкість архітектури, що забезпечує її адаптивність до різноманітних вимог у сфері управління, науки, освіти, побуту;
дружність операційної системи та іншого програм ного забезпечення, що дає змогу користувачеві пра цювати без спеціальної професійної підготовки;
висока надійність роботи (понад 5 тис. год. експлуа тації до відмови).
Склад ПК і призначення його основних блоків, виходячи зі структурної схеми, зображено на рис. 1.2.
Мікропроцесор (МП). Він є центральним блоком ПК, призначеним для керування роботою всіх блоків комп'ютера і виконання арифметичних та логічних операцій над інформацією. До нього входять логічні блоки (КП, АЛП), мікропроцесорна пам'ять (МПП) — складова частина, що забезпечує короткочасне зберігання, записування та видавання інформації, яка використовується в обчисленнях у найближчих тактах роботи комп'ютера. МПП будується на регістрах і використовується для підвищення швидкодії ЕОМ, оскільки основна пам'ять не завжди гарантує необхідну для швидкодійного МП швидкість записування, зчитування, пошуку інформації. Регістри — найшвидкодійніші елементи пам'яті завдовжки 1—4 байт або більше.
Інтерфейсна система МП реалізує зв'язок із іншими пристроями ПК (через системну шину).
Генератор тактових імпульсів. Генерує послідовність електричних імпульсів, частота яких визначає тактову частоту комп'ютера. Проміжок часу між імпульсами становить такт.
Рис. 1.1. Загальний вигляд ПК
Системна шина. Це основна Інтерфейсна система ПК, що забезпечує взаємозв'язок усіх його пристроїв. Містить шину даних, шину адреси, шину керування та шину живлення, уможливлюючи три напрямки передавання інформації:
1) між МП й оперативною пам'яттю;
2) між МП і портами введення-виведення зовнішніх (щодо процесора та шини) пристроїв;
3) між основною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв (у режимі прямого доступу до пам'яті).
Усі блоки, а точніше їхні порти введення-виведення, через відповідні уніфіковані рознімні з'єднання підключають до шини безпосередньо або через пристрої сполучення — контролери (адаптери). У сучасних ПК шиною керує контролер шини.
Основна пам'ять. Складається з ОЗП і ПЗП. ПЗП призначений для зберігання програми тестування ПК, програми початкового його завантаження, базової системи введення-виведення (BIOS — Basic Input-Output System). ОЗП служить для оперативного записування, зберігання та зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, який ПК виконує у поточний період часу. Перевагами ОЗП є його висока швидкодія і здатність звертатися до кожного елемента пам'яті окремо (прямий адресний доступ до комірки). Але в ньому неможливо зберігати інформацію після вимкнення живлення ПК (енергозалежність). Ємність ОЗП сучасного ПК може становити 64 — 512 Мбайт і більше.
Зовнішня пам'ять. Її утворюють зовнішні (щодо МП та системної плати) пристрої ПК. Використовується для тривалого зберігання інформації. Зокрема, в зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Вона містить різноманітні запам'ятовуючі пристрої. Найпоширеніші — накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) і накопичувач на гнучкому магнітному диску (НГМД). Вони призначені для зберігання великих обсягів інформації, записування і видавання інформації за запитом в ОЗП. Різняться НЖМД та НГМД лише конструктивно, обсягом інформації, що зберігається, і часом пошуку, записування та зчитування її. Ємність сучасних НЖМД — від 6—10 до 40—150 Гбайт і більше (1 Гбайт = 109 байт).
Як пристрої зовнішньої пам'яті застосовують також запам'ятовуючі пристрої на касетній магнітній стрічці (стримери), накопичувачі на оптичних дисках та ін.
Джерело живлення. Це блок, який містить системи автономного й мережного енергоживлення ПК.
Таймер. Це внутрішній електронний годинник, що автоматично відліковує час (роки, місяці, години, хвилини, секунди та частки секунд). Підключається до автономного джерела живлення — батарейки — і при вимкненні ПК продовжує працювати.
Зовнішні пристрої. Це найважливіша складова будь-якого обчислювального комплексу. Вартість їх іноді становить 50—80% вартості всього ПК. Від їх складу та характеристик багато в чому залежать можливість і ефективність застосування ПК в системах управління і народному господарстві загалом.
Зовнішні пристрої забезпечують взаємодію ПК з навколишнім середовищем — користувачами, об'єктами керування та іншими ЕОМ. Вони дуже різноманітні, і їх можна класифікувати за кількома ознаками. Так, за призначенням вони поділяються на:
• зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП), або зовнішню пам'ять ПК;
• діалогові засоби користувача;
• пристрої введення інформації;
• пристрої виведення інформації;
• засоби зв'язку і телекомунікації.
Зовнішні запам'ятовуючі пристрої ПК — це звичайні запам'ятовуючі пристрої, виконані як окремий конструктивний блок, як правило, із власним блоком живлення. Часто вони мають велику ємність, часом в одному корпусі містять кілька накопичувачів. ЗЗП можна оперативно підключати до різних ПК (іноді одночасно). За наявності кількох ПК зручно мати один дорогий зовнішній пристрій для перезаписування компакт-дисків, один-два пристрої для ZІР- або магнітооптичних носіїв.
Діалогові засоби користувача — монітори, різноманітні пристрої введення та пристрої мовного введення-виведення інформації.
Монітор (дисплей) — пристрій для відображення інформації, що вводиться в ПК і виводиться з нього.
Пристрої мовного введення-виведення належать до засобів мультимедіа. Пристрої мовного введення — це різні мікрофонні акустичні системи (наприклад, «звукові миші») зі складним програмним забезпеченням, що дає змогу розпізнавати слова, ідентифікувати їх і видавати комп'ютеру відповідні команди або перетворювати мову на текст. Пристрої мовного виведення — це різні синтезатори звуку, які перетворюють цифрові коди на літери та слова, що відтворюються через гучномовці (динаміки) або звукові колонки, приєднані до комп'ютера.
Пристрої введення інформації:
• клавіатура — пристрій для ручного введення числової, текстової і керуючої інформації в ПК;
• графічні планшети (диджитайзери) — пристрої для ручного введення графічної інформації, зображень переміщенням по планшеті спеціального покажчика (пера) з одночасним автоматичним прочитуванням координат його місцезнаходження та введення цих координат у ПК;
• сканери (автомати, що читають) — пристрої для автоматичного прочитування з паперових носіїв і введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень;
• маніпулятори (джойстик, миша, трекбол, touchpad, світлове перо та ін.) — пристрої для введення графічної інформації на екран монітора, керування рухом курсора по екрані з подальшим кодуванням координат курсора та введенням їх у ПК;
• сенсорні екрани — пристрої для введення окремих елементів зображення, програм або команд із поліекрана дисплея у ПК.
Пристрої виведення інформації:
• принтери — друкувальні пристрої для реєстрації інформації на паперовому носії;
• плотери — пристрої для виведення графічної інформації (графіків, креслень, рисунків) із ПК на паперовий носій. Бувають векторні (з кресленням зображення за допомогою пера) і растрові (термографічні, електростатичні, струминні та лазерні). За конструкцією поділяються на планшетні й барабанні. Основні характеристики плотерів приблизно однакові: швидкість креслення — 100—1000 мм/с, найкращі моделі забезпечують кольорове зображення і передавання півтонів. Найбільшу роздільну здатність та чіткість зображення дають лазерні плотери, але вони найдорожчі.
Пристрої зв'язку і телекомунікації використовують для зв'язку з приладами та іншими засобами автоматизації (інтерфейсні адаптери, цифро-аналогові та аналого-цифрові перетворювачі тощо) і для підключення ПК до каналів зв'язку, інших ПК та комп'ютерних мереж (мережні інтерфейсні плати, модеми).
Позначений на рис. 1.2 мережний адаптер є зовнішнім інтерфейсом ПК і слугує для підключення його до каналу зв'язку з метою обміну інформацією з іншими ЕОМ, роботи в складі обчислювальної мережі. У глобальних мережах функції мережного адаптера виконує модем.
Багато з названих вище пристроїв належать до умовно виділеної групи — засобів мультимедіа.
Засоби мультимедіа (multimedia — буквально «багато-середовищність»). Це комплекс апаратних і програмних засобів, що дають людині змогу спілкуватися з комп'ютером, використовуючи найрізноманітніші природні для себе середовища — звук, відео, графіку, тексти, анімацію та ін.
До них належать пристрої мовного введення і виведення інформації; сканери; високоякісні відео- і звукові плати та плати відеозахоплення (video grabber), що знімають зображення з відеомагнітофона або відеокамери і вводять його у ПК; високоякісні акустичні та відеовідтворю-вальні системи з підсилювачами, звуковими колонками, великими відеоекранами. До засобів мультимедіа відносять також запам'ятовуючі пристрої великої ємності на оптичних дисках, які використовують для записування аудіо- і відеоінформації.
Додаткові схеми. До системної шини та МП можна підключати деякі додаткові плати або інтегральні мікро-схеми, що розширюють і поліпшують її функціональні можливості — математичний співпроцесор, контролер прямого доступу до пам'яті, співпроцесор введення-виведення, контролер переривань та ін.
Плати розширення. Так називають електронні пристрої, яких немає в первинній комплектації комп'ютера, їх застосовують для збільшення його потужності або розширення функціональних можливостей, хоча, з точки зору конструкції, контролери та плати розширення — часто одне й те саме.
Схема, яку показано на рис. 1.2, є спрощеною. Вона стосується першого та частково другого поколінь ПК (РС, ХТ і перших машин класу АТ), відрізняючись від структурних схем сучасних ПК передусім реалізацією внутрі-машинного системного інтерфейсу.
У застарілих ПК за системний інтерфейс правила системна шина (це й відображено на рисунку). Нині використовують інші схеми. Сучасні ПК характеризуються:
• стрімким зростанням швидкодії процесорів (уже МП Pentium першого покоління теоретично може видавати дані зі швидкістю 532 Мбайт/с по 64-розрядній шині даних, і це всього при частоті шини 66 МГц);
• зростанням швидкодії інших пристроїв (так, для відображення цифрового повноекранного відео пропускна здатність відеопідсистеми має становити 22 Мбайт/с);
• появою програм, що потребують виконання великої кількості інтерфейсних операцій (програми оброблення графіки у Windows, роботи з мультимедіа додатками).
За цих умов пропускна здатність шини розширення, що обслуговує відносно повільні пристрої, неповною мірою узгоджується з роботою швидкодійного ЦП, оперативної та кеш-пам'яті. Розробники, пройшовши кілька етапів (шина ІSА, ЕІSА, локальна шина VЕSА), реалізували приблизно таку схему внутрімашинного інтерфейсу ПК, яку показано на рис. 1.3.
Процесор, оперативна і кеш-пам'ять сполучені між собою найшвидкодійнішою та найширшою шиною (66— 133 МГц, 64 біт). Саме цю ділянку ПК найчастіше називають системною шиною. Мікросхеми чипсета надвеликої інтегральної схеми (НВІС) керування на системній платі виконують функції мостів (bridge) між шинами з більшою і меншою пропускними здатностями (System bus/РСІ bridge і РСІ/ISA bridge). Окремо виділяється спеціальна шина AGP, що призначена для підключення єдиного, але «найненаситнішого» споживача пропускної здатності шини — відеоадаптера.
** Призначення, конструкція і характеристики пристроїв персональних комп'ютерів.
Персональний комп'ютер як промисловий виріб складається з кількох агрегатів (блоків), сполучених між собою з'єднувальними кабелями. Номенклатура блоків є змінною, але до мінімального комплекту обов'язково входять системний блок, клавіатура, монітор, маніпулятор «миша». Серед додаткових пристроїв можуть бути принтер, додатковий накопичувач та ін.
Системний блок (корпус)
Системний блок стаціонарного ПК — прямокутний каркас із кришкою або кожухом, у якому розміщено всі основні вузли комп'ютера — материнську плату, адаптери, блок живлення, один-два НГМД, один (іноді більше) НЖМД, динамік, дисковод для компакт-дисків або інші накопичувачі, засоби керування. Серед засобів керування, що, як правило, встановлюють на передній панелі, можуть бути: вимикач електроживлення; кнопка загального скидання «Reset»; перемикач тактової частоти; кнопка «сну», яка дає змогу знизити енергоспоживання, коли комп'ютер не використовується; індикатори живлення та режимів роботи.
Із тильного боку системного блока розташовані штепсельні рознімні з'єднання — порти для підключення шнурів живлення і кабелів зв'язку із зовнішніми (встановленими поза системним блоком) пристроями. Всередині системного блока — плати сполучення пристроїв із ЦП та іншими пристроями на материнській платі (адаптери, або контролери, і плати розширення).
Найпоширенішими є такі формати системного блока (корпуса): вежа (tower), міні-вежа (mini-tower) і плоский (desktop), хоча бувають і надплоскі (slim, ultraslim) корпуси тощо.
Корпуси типу вежі відрізняються від інших тим, що системний блок установлюють на меншу грань, внаслідок чого материнська плата розташовується вертикально, а вставлені в неї плати — горизонтально. Досить великі габаритні розміри вежі дають змогу розмістити в ній більшу кількість блоків та плат, ніж у міні-вежі. Такий корпус частіше використовують для монтажу потужних серверів або робочих станцій, інколи встановлюючи його на підлогу.
Міні-вежа легко поміщається на стіл або у спеціальне відділення комп'ютерного стола.
Плоский системний блок установлюють на стіл найбільшою гранню, він, як правило, слугує підставкою для монітора; материнська плата при цьому розташовується горизонтально, а вставлені в неї плати — вертикально.
Багато сучасних корпусів мають формат АТХ. Вони відрізняються більшими габаритними розмірами, іншим розташуванням внутрішніх компонентів, більш «інтелектуальною» системою живлення, рознімними з'єднаннями для миші та клавіатури стандарту РS/2.
Блок живлення
Цей блок перетворює змінний струм стандартної мережі електроживлення (220 В, 50 Гц) на постійний струм низької напруги. Він має кілька виходів на різні напруги (12 і 5 В), які забезпечують живленням відповідні пристрої комп'ютера. Електронні схеми блока живлення підтримують ці напруги стабільними незалежно від коливань мережної напруги в широких межах (від 180 до 250 В). Звичайна потужність блоків живлення ПК становить 150— 250 Вт, для мережного сервера вона може бути значно більшою. Більшість блоків живлення має вентилятор для відведення із системного блока надмірного тепла, що виділяється під час роботи електронних пристроїв. Блоки живлення відповідають стандарту АТ або АТХ.
Системна (материнська) плата
Так називають велику печатну плату одного зі стандартних форматів, яка несе на собі головні компоненти комп'ютерної системи — ЦП; оперативну пам'ять; кеш-пам'ять; комплект мікросхем логіки, що підтримують роботу плати, — чипсет (chipset); центральну магістраль, або шину; контролер шини і кілька рознімних з'єднань-гнізд — слотів, які призначені для підключення до материнської інших плат (контролерів, плат розширення тощо). Частина слотів у початковій комплектації ПК залишається вільною. У рознімні з'єднання іншої конфігурації встановлюють модулі оперативної пам'яті. Кількість і тип рознімних з'єднань є однією з важливих характеристик системної плати, оскільки при доукомплектуванні або модернізації комп'ютера вільних слотів може не вистачити.
Крім того, на материнській платі є мініатюрні перемички (jumpers) або перемикачі (switches), за допомогою яких відбувається настроювання плати. На системній платі розташовано також з'єднувачі, до яких за допомогою спе ціальних кабелів — шлейфів — підключають додаткові пристрої.
Ще один важливий елемент, який встановлюють на системній платі, — мікросхема ВІОS. Вона є енергонезалежним ПЗП, у який записано програми, що реалізують функції введення-виведення, програму тестування комп'ютера в момент вмикання живлення — РОSТ (Power On Self Test), програму настроєння параметрів ВІОS і системної плати та ін.
У роботі ВІОS використовують відомості про апаратну конфігурацію комп'ютера, які зберігає ще одна мікросхема — CMOS RAM. Це енергозалежна пам'ять, що постійно підживлюється від батарейки, яка також розташована на системній платі. Вона живить і схему кварцового годинника — годинника реального часу (RTC — real-time clock), що безперервно відлічує час і вказує поточну дату.
Мікропроцесор
Найбільшої уваги заслуговує мікропроцесор, який часто порівнюють із мозком комп’ютера.
Мікропроцесор – мініатюрна обчислювана машина, яка розміщена на одній НВІС.
На одному кристалі надчистого кременю за допомогою складного, багатоступневого і високоточного технологічного процесу створено кілька мільйонів транзисторів та інших схемних елементів (з’єднувальні проводи і точки підключеня зовнішніх виводів).
Тип ЦП
Покоління
Кількість транзисторів на кристалі, млн
Розрядність основних регістрів
Розрядність шини даних
Розрядність шини адреси
Пам’ять, що адресується, Гбайт
Тактова частота,
МГц
Тип рознімного з’єднання
і8086
1
0,029
16
16
20
0,001
4,77; 8; 10
—
і80286
2
0,134
16
16
24
0,016
8; 12; 16
—
і80386DX
3
0,275
32
32
32
4
20; 25; 33;
—
486DX
4
1,2
32
32
32
4
25—100
1; 2; 3; 6
Pentium
5
3,1
32
64
32
4
60—200
4; 5; 7;
Pentium MMX
5
4,5
32
64
36
4
166—233
7
Pentium Pro
6
5,5
32
64
36
64
160—200
8
Pentium II
6
7,5
32
64
36
64
233—500
Slot 1
Сeleron
6
7,5; 19
32
64
36
64
233—1300
Slot 1,
soket 370
Pentium III
6
7,5; 28
32
64
36
64
450-1133
і вище
Slot 1,
soket 370
Pentium IV
7
42
32
64
36
64
1400-2200 i вище
Soket
423
478
У сукупності вони утворюють усі логічні блоки, тобто арифметичний пристрій БКП, регістри і т.ін. Світова промисловість випускає різноманітні типи ценральних МП. У таблиці наведено технічні дані деяких ЦП компанії Intel — лідера у цій галузі.
Основними параметрами ПМ є набір команд, розрядність, тактова частота.
Набір, або система команд постійно вдосконаналюються, з’являються нові команди, що замінюють серії найпримітивніших команд (мікропрограми). На виконання нової команди потрібна менша кількість тактів, ніж на мікропрограму. Сучасні МП можуть виконувати до кількох сотень команд (інструкцій).
Розрядність показує, скільки двійкових розрядів (бітів) інформації обробляється (або передається) за один такт, а також скільки двійкових розрядів можна використати у МП для адресації оперативної пам’яті, передавання даних та ін.
Кількість пам’яті, що адресується, або адресний простір, залежить від кількості ліній шини адреси МП. Якщо цих ліній 20, то адресний простір становитеме 2 = 1 Мбайт; якщо ліній 24, то— 2 = 16 Мбайт тощо.
Тактова частота вказує, скільки елементарних операцій (тактів) МП виконує за секунду. Вимірюється в мегагерцах або (для частот вище 1000 МГц) гігагерцах (1 МГц = 10 Гц, 1 ГГц). Вона є лише відносним показником продуктивності МП. Через архітектурні відмінності МП в деяких із них за один такт виконується робота, на яку інші витрачають кілька тактів.
Важливими характеристиками сучасних МП, що впливають на їх продуктивність, є ємність і швидкість функціонування вмонтованої кеш-пам’яті (від англійської cache – тайник). Річ у тім, що сучасні МП “переганяють” за тактовою частотою інші елементи комп’ютера. Тактова частота МП в кілька разів буде вища, ніж частота синхронизації системної шини і шини пам’яті,через які відбувається обмін інформацією з відносно повільним ОЗП. Без внутрішньої кеш-пам’яті (що має особливо високу швидкодію) МП часто працював би в холосту, чекаючи чергової інструкції з ОЗП або закінчення записування в пам’ять. Кеш-пам’ять першого рівня (L1), як правило, реалізовано в самому кристалі МП , а кеш-пам’ять другого рівня (L2), яка є повільнішою і має більшу ємність, може розташовуватись на системній платі. Типова для сучасних МП ємність кеш-пам’яті L2 — від 256 або 512 Кбайт для звичайних ПК до 2 — 8 Мбайт для потужних серверів.
Зустрічаються системи з трьохрівневою кеш-пам’ятю.
МП класу 486 і далі можуть працювати з множенням внутрішньої частоти. Так
Відносно швидкі схеми ядра МП працюють із частотою, що 2— 10 разів перевищує частоту інтерфайсних схем та системної шини. Деякі МП мають коефіціент множення 1,5; 2,5 і т.д.
Починаючи з моделі Pentium MMX, МП виготовляють за ММХ-технологією. Такі МП мають додаткові регістри, виконують кілька десятків додаткових команд й оптимізовані для роботи з мультимедійними програмами.
Зовні МП має вигляд прямокутної пласмасової або керамічної пластини з площею від 5x5 см до 1x1 см і менше з чисельними виводами (до 300— 400 і більше). На сучасні МП втановлюють радіатор зі сплаву з високою теплопровідністю та вентилятор (розміром із сірникову коропку) для охолодження.
З метою нарощування продуктивності системи або ремонту на сучасних системних платах МП можна замінити. МП легко втановлюються (навіть користувачем ) у спеціальне прямокутне розімне з’єднання – сокет.Тип сокета має відповідати типу МП.
Деякі сучасні МП (Pentium II ,деякі моделі Сeleron i Athlon) є невеликою платою, на якій розміщено головний кристал, мікросхеми кеш-пам’яті та ін. Плата розміщається в пластиковий катридж, забеспечений вентилятором. Такий ПМ призначено для встановлення в слот на системній платі.Існують сплоти типів 1, 2 А.
Кількісні характеристики МП (тактова частота, ємність кеш-пам’яті), безумовно, впливають на продуктивність ПК. Різні покоління МП мають також значні якісні відмінності:
Починаючи з класу МП 386 , використовується конвеєрне виконання команд – одночасне здійснення різних тактів послідовних команд у різних частинах МП, що збільшує ефективну швидкодію ПК у 2 – 3 рази;
Починаючи з класу МП 286, передбачаються можливість роботи в обчислювальній мережі;
Починаючи з класу МП 386, передбачено багатозадачну роботу (багатопрограмність) і супутній їй хист пам’яті ;
Починаючи з класу МП 386, забезпечується підтримка режиму системи віртуальних машин, тобто такого режиму багатозадачної роботи, за якого в одному МП моделюється ніби кілька комп’ютерів, що працюють паралельно і мають різні ОС;
Починаючи з класу 286, МП можуть працювати у двох режимах --- реальному (Real mode) та захищеному (Protected mode).У реальному режимі імітується (емулюється) однозадачна робота МП 8086. У захищеному – можлива багатозадачна робота з безпосереднім доступом до розширеної пам’яті та із захистом пам’яті,відведеної для задач, від сторонніх звернень.
На сьогодні ПМ першого – четвертого поколінь застаріли для використання у ПК, п’яте і навіть частково шосте покоління вже зазнало “морального” старіння. Цікавими є моделі Pentium ІІІ і Сeleron з технологією Tualatin i Coppermine, Pentium III (IV) Xeon (моделі Xeon призначені для застосування в серверах), а також новітні моделі Pentium IV.
Крім фірми Intel, велику частку ринку МП для ПК охоплює фірма AMD (моделі K7 Athlon Thunderbird, Duron Spitfire, Athlon XP) та деякі ін.
Оперативна пам’ять
Оперативний запам’ятовуючий пристрій, або оперативну пам’ять (ОП) – пам’ять іздовільним доступом, що передбачає читання і записування даних на довільні ділянки (від англ. RAM – Random Access Memory), також реалізовано на НВІС. Існують два типи мікросхем пам’яті – статична та динамічна.
У першому типі елементів елементарну комірку утворюють тригерні схеми. Якщо таку схему встановити імпульсом в один іх двох можливих станів (“0” або ”1” ),вона зберігає його доімпульсу або до вимкнення живлення. При прочитуванні записаного в комірку значення її стан не змінюється.
Інакше працює динамічна пам’ять: вона складається з мікроскопічних конденсаторів,кожний із яких може перебувати в стані „заряжений” (що означає двійкову одиницю) або „не заряджений” ( двійковий нуль). Щоб зберігати дані в такій пам’яті, заряжені конденсатори необхідно періодично підживлювати.Тому динамічний ОЗП за інших одинакових умов істотно повільніший від статичного. Проте він менш енергоємний. На динамічних мікросхемах будують ОЗП,на статичних – кеш-пам’ять. Обидвавиди пам’яті зберігають дані лише при постійному електроживлені,тобто такий запам’товуючий пристрій є енергозалежним. Дані в цій пам’яті знищуються після вимкнення або перезавантаження комп’ютера.
Конструктивно сучасна НВІС ОЗП (типу SIMM – Single In-line Memory Module) має вигляд невеликої продовгастої плати з розміщеними на ній мікросхемами. Останнім часом застосовують, в основному, 72-контактні (72-pin) 32 (36)-бітові модулі (32 біти –довжина слова з чотирьох байтів плюс по біту контролю парності на кожний байт ). На 386–х і деяких 486-х материнських платах встановювалися короткі, 30-контактні 8 (9)-бітові,модулі.На сучасних системних платах послуговуються здебільшого довгими 186-к...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора