Устройство персонального компьютера

  Кроме скорости передачи данных с производительностью  диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся  с частотой 5400об/мин, среднее время  доступа составляет 9-10мкс, для дисков с частотой 7200об/мин — 7-8мкс. Изделия  более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 5-6мкс.

Дисковод  компакт-дисков cd-rom

  В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали  включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной  стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.

  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 650Мбайт данных.

  Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относятся 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. Она измеряется в  кратных долях. За единицу измерения  принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной  скоростью чтения обеспечивает производительность 300Кбайт/с, с учетверенной скоростью  — 600Кбайт/с и т.д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи — до 4х.

Видеокарта (видеоадаптер)

  Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального  компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей  области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область  памяти, в которую процессор заносил  данные об изображении. Специальный  контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

  С переходом от черно-белых мониторов  к цветным и с увеличением  разрешения экрана (количества точек  по вертикали и горизонтали) области  видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться  с построением и обновлением  изображения. Тогда и произошло  выделение всех операций, связанных  с управлением экраном, в отдельный  блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в  виде отдельной дочерней платы, которая  вставляется в один из слотов материнской  платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции  видеоконтроллера, видеопроцессора  и видеопамяти.

  За  время существования персональных компьютеров сменилось несколько  стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов), VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480; 800х600; 1024х768; 1152х864; 1280х1024 точек и далее).

Разрешение  экрана монитора

  Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

СИСТЕМЫ, РАСПОЛОЖЕННЫЕ НА МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЕ

Оперативная память

  Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

  Ячейки  динамической памяти (DRAM) можно представить  в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. 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. В настоящее время  в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296байт (4,3Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.

  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.

  Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х  годов поле памяти размером 1Мбайт  казалось огромным, в начале 90-х годов  достаточным считался объем 4Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8Мбайт, а затем и до 16Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64Мбайт, но очень  скоро эта величина будет превышена  в 2-4 раза даже для моделей массового  потребления.

  Оперативная память в компьютере размещается  на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие  разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов, системного блока, и в таких  случаях операцию поручают специалистам.

  Конструктивно модули памяти имеют два исполнения — однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

  Основными характеристиками модулей оперативной  памяти являются объем памяти и время  доступа. SIMM-модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32Мбайт, а DIMM-модули — 16, 32, 64, 128Мбайт  и более. 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). Типичное время доступа к оперативной  памяти для SIММ-модулей — 50-70нc. Для современных DIMM-модулей оно составляет 7-10нc.

Процессор

  Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все  вычисления. Конструктивно процессор  состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках  данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также  отметить, что данные, попавшие в  некоторые регистры, рассматриваются  не как данные, а как команды, управляющие  обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости  от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

  С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной  памятью, процессор связан несколькими  группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

  Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с  теми байтами, которые хранятся в  его регистрах. Эти команды поступают  в процессор тоже из оперативной  памяти, но не из тех областей, где  хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды  тоже представлены в виде байтов. Самые  простые команды укладываются в  один байт, однако, есть и такие, для  которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Система команд процессора

  В процессе работы процессор обслуживает  данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также  данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть  данных — как адресные данные, а  часть — как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может  выполнить процессор над данными, образует так называемую систему  команд процессора. Процессоры, относящиеся  к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и  невзаимозаменяемые.

Основные  параметры процессоров

  Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая  тактовая частота, коэффициент внутреннего  умножения тактовой частоты и  размер кэш-памяти.

  Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская  плата, поэтому разным маркам процессоров  соответствуют разные материнские  платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники  происходит постепенное понижение  рабочего напряжения. Ранние модели процессоров  х86 имели рабочее напряжение 5В. С  переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3В, а в настоящее время оно составляет менее 3В. Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.