Перспективы развития ПК

     1. Функциональная и структурная организация ПК 

     1.1. Основные блоки ПК и их назначение  

     В настоящее время мировой парк компьютеров составляет более полумиллиарда штук, из них около 95%  - это персональные компьютеры (компьютеров типа IBM PC более 80% всех ПК).

     Персональные  компьютеры (ПК) относятся к классу микрокомпьютеров, для удовлетворения требованиям общедоступности и универсальности применения должны обладать следующими качествами:

• малая стоимость ПК, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;
• автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;
• гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптируемость к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
• дружественность операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;
• высокая надежность работы (более 5000 часов наработки на отказ).

     Наибольшей  популярностью в настоящее время пользуются персональные компьютеры фирмы IBM, первые модели которых появились в 1981 году, и их аналоги других фирм; существенно уступают по популярности ПК фирмы Apple (Macintosh), занимающие по распространенности 2-е место[12, c.94].

     Самыми  распространенными моделями компьютеров в настоящее время являются IBM PC с микропроцессорами Pentium 4 и Core 2.

     Обобщенные  характеристики современных персональных компьютеров IBM PC приведены в табл. 1.1 [6, c.73]. 

     Таблица 1.1. Основные усредненные характеристики ПК IBM PC

     Персональные  компьютеры можно классифицировать по ряду признаков.

     По  поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

• 1-го поколения — используют 8-битовые микропроцессоры;
• 2-го поколения — используют 16-битовые микропроцессоры;
• 3-го поколения — используют 32-битовые микропроцессоры;
• 4-го поколения — используют 64-битовые микропроцессоры.

Классификация ПК по конструктивным особенностям показана на рис. 1.1.

       

 

       

     Рис. 1.1. Классификация ПК по конструктивным особенностям

     Структурная схема персонального компьютера представлена на рис.1.(см. приложение А).

     Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные чипсеты и интерфейсы.

     Микропроцессор (МП), или Central Processing Unit (CPU), - функционально- законченное программно управляемое устройство обработки информации выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

     Микропроцессор  выполняет следующие функции:

• вычисление адресов команд и операндов;
• выборку и дешифрацию команд из основной памяти (ОП);
• выборку данных из ОП, регистров МПП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
• прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
• обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
• выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК; 
  переход к следующей команде.

     Основными параметрами микропроцессоров являются:

• разрядность;
• рабочая тактовая частота;
• виды и размер кэш-памяти;
• состав инструкций;
• конструктив;
• энергопотребление; 
• рабочее напряжение и т. д. [8, c.173].

     Разрядность шины данных МП определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство.

     Адресное  пространство - это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором.

     Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП

     Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:

• L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП i486 и у МП i386SLC). 
• L2 - память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium Pro). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.

     Состав  инструкции - перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут быть применены эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП (386,486, Pentium Pro и др.), но существенное изменение состава инструкций произошло в МП i386, Pentium ММХ, Pentium III, Pentium 4, Pentium D, Core Duo.

     Конструктив - определяет те физические разъемные соединения, которые используются для установки МП, и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разъемы имеют разную конструкцию (Slot - щелевой разъем, Socket - разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы.

     Рабочее(ие) напряжение(ия) также является фактором пригодности материнской платы для установки МП.

     Все микропроцессоры можно разделить  на группы:

• CISC (Complex Instruction Set Command) с набором системы полных команд;
• RISC (Reduced Instruction Set Command) с набором системы усеченных команд;
• VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхдлинным командным словом;
• MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием.

 

     Системные платы и чипсеты 

     Системная (systemboard, SB), или объединительная, также часто называемая материнской (motherboard, MB), плата - это важнейшая часть компьютера, содержащая его основные электронные компоненты. С помощью системной платы (СП) осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины [23, c.189].

     Важным  параметром системной платы является тактовая частота, на которой она  работает, вернее, частота ее системной шины (FSB). Современные СП имеют рабочие частоты 266,400,533,800 и 1066 МГц. Этот параметр особенно сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большинство преобразований экономической информации).

     Конструктивно СП настольного компьютера представляет собой печатную плату площадью 600-1000 см², на которой размещается большое число различных микросхем, разъемов и других элементов. Существуют разновидности конструкции СП:

• на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы - сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах, называемых одноплатными;
• непосредственно на системной плате размещается лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой.

     Современные профессиональные персональные компьютеры имеют именно шинную архитектуру [4. с.25].

     В качестве примера на рис. 1.2 показано размещение основных компонентов на мультимедийной СП ТС430НХ [6. с.155].

                    

     Рис. 1.2. Системная плата ТС430НХ

     На  рисунке показаны:

1. Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL4-ML - звуковая карта с поддержкой табличного синтеза звука Wave Table.
2. Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL3-SA - звуковая карта с поддержкой цифрового частотно-модулированного синтеза звука.
3. Вход CD-ROM audio.
4. Разъем для подключения внешнего звукового адаптера.
5. Разъем для подключения телефонной линии.
6. Интегральная схема стереоадаптера аудио.
7. Разъемы ввода-вывода на задней панели ПК.
8. Последовательный порт COM2.
9. Разъем типа Socket 7 для микропроцессора.
10. Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня.
11. Разъем питания материнской платы (два раздельных напряжения питания, 2,8 и 3,3 В).
12. Регулятор напряжения. 
13. Разъемы (слоты) для микросхем оперативной памяти.
14. Разъем для подключения вентилятора микропроцессора.
15. Разъем для подключения дисководов гибких дисков.
16. Набор системных микросхем - чипсет i430HX.
17. Разъемы передней панели.
18. Разъем первичного канала дискового интерфейса IDE.
19. Разъем вторичного канала дискового интерфейса IDE. 
20. Аккумулятор для системы CMOS (в том числе и для внутреннего таймера).
21. Интегральная схема контроллера шин PCI/ISA/IDE.
22. Блок конфигурационных перемычек («джамперов»).
23. Пьезоэлектрический системный динамик.
24. Интегральная схема контроллера ввода-вывода (для универсальной шины USB), поддерживающего интерфейсы гибких дисков, последовательных и параллельного порта, часов реального времени (таймера), контроллера клавиатуры и т. д.
25. Видеопамять - память графики типа EDO.
26. Видеокарта - графический контроллер S3 VIRGE, поддерживающий растровую и трехмерную графику.
27. Разъемы шины расширения ISA.
28. Разъем для внешних адаптеров работы с видео.
29. Разъемы расширения локальной шины PCI [6. с.155].