Ресурсы компьютера

Тема 2: Ресурсы компьютера

Под ресурсами компьютера обычно понимают его аппаратную составляющую.

Рассмотрим  аппаратные ресурсы персонального  компьютера (рис. 1). Он состоит из следующих компонентов:

• системный блок;
• устройства ввода (клавиатура, мышь и др.)
• устройства вывода (монитор и др.).

Рис. 1. Персональный компьютер состоит  из системного блока, монитора, мыши и  клавиатуры

Компьютеры выпускаются и в  портативном варианте (ноутбук). Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре (рис. 2).

Рис. 2. Ноутбук фирмы Apple с алюминиевым корпусом

Также можно встретить карманные  компьютеры (КПК – карманный персональный компьютер, рис. 3).

Рис. 3. Карманный персональный компьютер

Внутри системного блока располагаются:

• системная плата, на которой расположены электронные схемы, управляющие работой компьютера (центральный процессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);
• блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
• накопители (или дисководы) для гибких магнитных и лазерных дисков, используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты), и лазерные диски CD-R, CD-RW;
• накопитель на жестком магнитном диске (винчестер).

На рис. 4. представлена общая функциональная схема компьютера.

Рис. 4. Общая функциональная схема  компьютера

Процессор (микропроцессор)

Центральный процессор (CPU – Central Processing Unit), или микропроцессор, – это основной функциональный компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и

Рис. 5. Процессор

координирует работу всех устройств компьютера.

Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. Чаще всего в IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмами Intel и AMD.

Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его тактовая частота, т.е. число элементарных операций, производимых процессором за 1 с.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. Разрядность процессора определяется числом двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/32, это означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Производительность процессора зависит  от особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Внутренняя память

Оперативная память (ОЗУ) – память с произвольным доступом – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Название «оперативная» память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются, пока компьютер включен; при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за некоторыми исключениями).

Рис. 6. Модули оперативной памяти

Оперативная память (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) представляет собой множество ячеек, причем каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес (нумерация ячеек начинается с нуля). Объем адресуемой памяти зависит от типа и версии операционной системы, а также от разрядности процессора. Например, 32-разрядная версия Windows XP не может адресовать более 4 Гбайт памяти.

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда отличаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например «всего» 512 Мбайт. Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module – модуль памяти с двухрядным расположением микросхем, рис. 6). В компьютерных системах на современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM), DDR DRAM, DDR DRAM II. Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем (128, 256, 512 Мбайт, 1 Гбайт), число микросхем, паспортная частота шины (от 100 до 533 МГц), время доступа к данным (от 74 не) и число контактов (72, 168 или 184).

Кроме оперативной памяти существуют следующие типы внутренней памяти.

Кэш-память. Кэш-память (cache), или сверхоперативная память, — очень быстрое ЗУ небольшого объема, которое используется при обмене данными между процессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Современные микропроцессоры имеют  встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня, емкостью от 32 до 128 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня емкостью 512 Кбайт и выше.

Постоянная  память. Постоянная память (ROM – read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используемая для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. У современных ПК постоянная память располагается в материнской плате и называется BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода).

Перепрограммируемая память. Перепрограммируемая постоянная память (Flash memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого. Важнейшая микросхема постоянной памяти, или Flash-памяти, - модуль BIOS. В BIOS находится специальная программа, которая автоматически тестирует устройства после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

CMOS-память. CMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Она используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS.

Видеопамять. Видеопамять VRAM – разновидность ОЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и монитору, поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Системная плата

Материнская (системная) плата – это самая большая плата персонального компьютера (рис. 7). На ней расположена системная шина (магистраль), связывающая процессор, оперативную память и другие устройства компьютера в единое целое. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.

рис. 7. Материнская плата

В разъемы, расположенные на материнской  плате устанавливаются процессор, модули памяти, дочерние платы (звуковая карта, видеокарта сетевая плата  и др.), к ней при помощи шлейфов  подключаются накопители (жесткие диски, дисководы).

Контроллеры и порты

Для работы компьютера необходим обмен  информацией между оперативной  памятью и внешними устройствами.

Для каждого внешнего устройства в  компьютере имеется электронная  схема, которая им управляет. Эта  схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют  с микропроцессором и оперативной  памятью через системную магистраль передачи данных (системную шину).

Быстродействие различных компонентов  компьютера (процессора, оперативной  памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться.

В процессоре используется внутренне  умножение частоты, так как частота  процессора больше, чем частота работы системной шины, по которой производится обмен информацией между процессором и оперативной памятью.

В современных компьютерах частота  процессора может превышать частоту  системной шины в 10 раз (частота процессора 1 ГГц, а частота шины – 100 МГц). Частота работы контроллеров периферийных устройств (например, видео- и звуковой карт), наоборот, меньше частоты системной шины. Обмен информацией с такими устройствами производится по специальной шине PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина взаимодействия периферийных устройств). Если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI в 3 раза меньше – 33 МГц (в настоящее время частота системной шины составляет 400 МГц и более).

По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port – ускоренный графический порт), с частотой в несколько раз большей, чем шина PCI.

Для того чтобы  можно было соединить друг с другом различные устройства они должны иметь одинаковый интерфейс (от англ. inter – между + face – лицо). Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты.

Последовательные  порты передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно, один за другим. Обозначаются последовательные порты как COM1, COM2 и т.д. В современных компьютера COM-порты обычно не реализуются, а у ПК 80-90-х годов такие порты выполнялись в виде 25-контактных и 9-контактных разъемов, которые выводились на заднюю панель системного блока. К последовательным портам подключались мышь и модем.

Параллельный  порт передает одновременно восемь электрических  импульсов, несущих информацию в  машинном коде. Обозначается параллельный порт, как LPT. Он, как COM-порты тоже является устаревшим и в современных ПК, как правило, отсутствует. Аппаратно он реализовывался в виде 25-контактного разъема на задней стенке системного блока. Параллельный порт LPT реализует более высокую скорость передачи информации, чем последовательные COM-порты и используется для подключения принтера.

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами – побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

В последние  годы широкое распространение получил  порт USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру периферийных устройств (сканер, принтер, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон, Web-камера, переносной жесткий диск и т.д.)

В последние несколько лет для  подключения мыши и клавиатуры используют порты стандарта PS/2. Один из них (фиолетового цвета) – для клавиатуры, а другой (зеленого цвета) – для мыши.

Кроме того в компьютере может имеется  контроллер с портом стандарта  fire wire (он же – IEEE 1394), который применяется для подключения к компьютеру цифровой видеокамеры или переносного жесткого диска.

Внешняя память

Основной функцией внешней памяти является способность долговременно  хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеозаписи  и т.д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, на дискетах, компакт-дисках, DVD-дисках и т.д.).

В качестве устройств внешней памяти используются накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), жестких магнитных дисках (НЖМД), компакт-дисках, магнитной ленте (стримеры), Flash.

Накопители  на гибких магнитных дисках (FDD – Flopy Disk Drive) рассчитаны на дискету (гибкий магнитный диск, floppy disk), – носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Он используется для переноса данных с одного компьютера на другой. В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками:

• диаметр – 3,5 дюйма (89 мм);
• емкость – 1,44 Мбайт;
• число дорожек – 80;
• число секторов на дорожках – 18.

Накопители  на жестких магнитных дисках. НЖМД (HDD – Hard Disk Drive), или винчестер, - это наиболее распространенное запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. В настоящее время имеются винчестеры емкостью 200 Гбайт, 500 Гбайт, 1 Тбайт информации.

Накопители  на компакт-дисках. В настоящее время наибольшую популярность приобрели накопители на лазерных дисках. Типы лазерных дисков представлены в табл. 1. Наиболее распространены в настоящее время диски CD и DVD).

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии – от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности дисков мощным лазером. По внешнему виду диски CD, DVD не отличаются, они имеют одинаковые размеры (стандартный – с диаметром 120 мм; компактный – имеет диметр 80 мм). Разница их в том, что для чтения и записи информации для каждого из типов дисков применяется лазер со свойственной данному типу диска длинной волны. В дисках DVD плотность записи данных выше, чем у CD.