Устройство компьютера

Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.

Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при  заряде, так и при разряде конденсаторов  неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно.

Второй важный недостаток связан с  тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро.

Если оперативную память постоянно  не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей  секунды.

Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется несколько  десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

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 и, соответственно, дороже.

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.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно  сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Оперативная память в компьютере размещается  на стандартных панельках, называемых модулями.

Модули оперативной памяти вставляют  в соответствующие разъемы на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют  два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).

Основными характеристиками модулей  оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Время доступа показывает, сколько  времени необходимо для обращения  к ячейкам памяти – чем оно  меньше, тем лучше. Время доступа  измеряется в миллиардных долях  секунды (наносекундах, нс).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микросхема ПЗУ и система BIOS.

В момент включения компьютера в  его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку  оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек  более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том  числе и в первый момент после  включения.

Поэтому сразу после включения  на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес.

Это происходит аппаратно, без участия  программ (всегда одинаково).

Процессор обращается по выставленному  адресу за своей первой командой и  далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может  указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет.

Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся  в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System).

Основное назначение программ этого  пакета состоит в том, чтобы проверить  состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким  диском и дисководом гибких дисков.

Программы, входящие в BIOS, позволяют  нам наблюдать на экране диагностические  сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход  запуска с помощью клавиатуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергонезависимая память CMOS.

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться  программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами.

Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы.

Для того чтобы начать работу с  другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры.

По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.

Специально для этого на материнской  плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS.

От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается  во время выключения компьютера, а  от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате.

Заряда этой батарейки хватает  на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы.

Тот факт, что компьютер четко  отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания  системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жесткий диск.

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших  объемов данных и программ.

На самом деле это не один диск, а группа основных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается  головка, предназначенная для чтения-записи данных.

При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над  магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей  миллиметра.

При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение  напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в  обратном порядке.

Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции.

Электромагнитные сигналы, возникающие  при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска  выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

 

 

 

 

 

 

 

Дисковод гибких дисков.

Информация на жестком диске  может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой.

Несмотря на свое название, жесткий  диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам.

Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так  и поступают, но все-таки этот прием  считается нетехнологичным, поскольку  требует особой аккуратности и определенной квалификации.

Для оперативного переноса небольших  объемов информации используют так  называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в  специальный накопитель – дисковод.

Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока.

Начиная с 1984 года, выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт).

В наши дни диски размером 5,25 дюйма  не используются, и соответствующие  дисководы в базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 года не поставляются.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма  выпускают с 1980 года.

Сейчас стандартными считают диски  размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами HD (high density – высокая плотность).

С нижней стороны гибкий диск имеет  центральную втулку, которая захватывается  шпинделем дисковода и приводится во вращение.

Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи  и пыли.

Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие.

Гибкие диски считаются малонадежными  носителями информации.

Пыль, грязь, влага, температурные  перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске.

Поэтому использовать гибкие диски  в качестве основного средства хранения информации недопустимо.

Их используют только для транспортировки  информации или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

 

 

 

 

 

Дисковод  компакт-дисков CD-ROM.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска.

Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося  от поверхности диска.

Цифровая запись на компакт-диске  отличается от записи на магнитных  дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может  хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для  мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями.

Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий.

Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические  издания (электронные журналы), выпускаемые  на CD-ROM.

Основным недостатком стандартных  дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных.

В настоящее время наибольшее распространение  имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-50х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи – до 4х.