Архитектура компьютерной системы

Компьютерная система имеет модульную структуру. Для каждого устройства (память, внешние устройства) в системе имеется специальное устройство управления (иначе говоря, специальный процессор), называемый контроллером устройства. Все модули (центральный процессор, память и контроллер памяти, внешние устройства и их контроллеры) соединены между собой системной шиной (system bus), через которую они обмениваются сигналами. Как мы уже знаем, работой каждого контроллера управляет драйвер - специализированная низкоуровневая программа, являющаяся частью ОС.

Центральный процессор – устройство, выполняющее команды (instructions) компьютерной системы. В современных компьютерах, как правило, он является многоядерным , т. е. имеет в своем составе от 2 до 32 ядер (копий) процессора, параллельно работающих на общей памяти, либо гибридным , состоящим из центрального и графического процессоров. Производительность каждого ядра – 3 – 3. 2 GHz. Заметим, что под производительностью понимается в данном случае тактовая частота процессора (ядра) – время выполнения им одной самой простой машинной команды. Однако есть и другие важные факторы, определяющие общую производительность системы, - тактовая частота памяти и системной шины. Фактически итоговую производительность системы можно оценить по самой медленной из этих частей системы (обычно это системная шина). Эти характеристики необходимо принимать во внимание при выборе и покупке компьютера.

Оперативная (основная) память, или просто память – устройство, хранящее обрабатываемые данные. Объем памяти – 1 – 16 гигабайт и более; меньший объем памяти использовать не рекомендуется, так как это может привести к значительному замедлению системы. Тактовая частота памяти – 667 MHz – 1. 5 GHz.

Системная шина – устройство, к которому подсоединены все модули компьютера и через которое они обмениваются сигналами, например, о прерываниях. Тактовая частота шины – 1 – 1. 5 GHz (это и есть фактически некая суммарная производительность системы). Обычно используется шина типа PCI (Personal Computer Interface). К ней могут быть подсоединены процессор, память, диски, принтер, модем и другие внешние устройства.

Порты – устройства с разъемами для подключения к компьютеру внешних устройств. Каждый порт имеет свой контроллер (и, соответственно, свой драйвер).

Чаще всего используется порт USB (Universal Serial Bus), с характерным плоским разъемом, размером порядка 1 см, с изображением трезубца. К портам USB могут подключаться большинство видов устройств, причем для этого не требуется предварительно отключать компьютер и подключаемое устройство, что очень удобно. Имеется несколько стандартов USB с различным быстродействием. Наиболее распространен ныне стандарт USB 2. 0, обеспечивающий быстродействие порта 240 – 260 мегабит в секунду. Для сравнения, предыдущий стандарт – USB 1. 0 – обеспечивал лишь 10 – 12мегабит в секунду (как говорится, почувствуйте разницу). Распознать тип USB - порта на Вашем компьютере можно, если вывести информацию об устройствах; в Windows: Мой компьютер / (правая кнопка мыши) Свойства / Оборудование / Диспетчер устройств / Устройства USB. При этом контроллер порта USB 2. 0 будет обозначен как расширенный (enhanced). Если это не так, Вам необходимо модернизировать порты USB или сам компьютер, иначе при переписи на флэшку Вам придется ждать в 20 раз дольше (!). Существуют также "переходники" USB 1. 0 - > USB 2. 0. Новейший стандарт USB 3. 0, реализация которого только началась, обеспечит быстродействие не менее 1 гигабита в секунду. К порту USB можно подключать клавиатуру, мышь, принтеры, сканеры, внешние жесткие диски, флэшки и даже TV - тюнеры - устройства для приема телевизионного сигнала с антенны и показа телевизионного изображения на компьютере. Рекомендуется каждое устройство подключать всегда к одному и тому же порту USB, иначе для некоторых устройств (например, того же TV - тюнера) могут возникнуть проблемы.

Порты COM (communication ports) – порты для подключения различных коммуникационных устройств, например, модемов – устройств для выхода в Интернет и передачи информации по аналоговой или цифровой телефонной линии. Более старое название стандарта COM - порта – RS - 232. В компьютерах 10 - 15 – летней давности к COM - порту часто подключалась мышка (сейчас она, разумеется, подключается через USB). Разъемы COM - портов имеют два формата – "большой" (с 25 контактами - pins ) и "малый" (с 9 контактами). В современных компьютерах часто разъемы COM - порты отсутствуют, но операционная система, по традиции, имитирует наличие в системе виртуальных COM - портов – воображаемых COM - портов, которые ОС как бы инсталлирует в систему при установке, например, драйверов для взаимодействия через Bluetooth или через кабель компьютера смобильным устройством. При этом физически мобильный телефон или органайзер может быть подключен к порту USB (или соединен с компьютером беспроводной связью), но все равно для взаимодействия с ним ОС использует виртуальный COM - порт, обычно с большим номером (например, 10 или 15). COM - порт иначе называют последовательным портом (serial port), так как, с точки зрения ОС и драйверов, COM - порт – это символьное устройство последовательного действия.

Порт LPT (от line printer), или параллельный порт – это ныне уже устаревший вид порта для подключения принтера или сканера, с толстым в сечениикабелем и большим разъемом. Все новые модели принтеров и сканеров работают через USB - порты. Однако иногда приходится решать задачу подключения к новому компьютеру старого принтера. Если на компьютере нет LPT - порта, приходится покупать специальный переходник, подключаемый к USB или другим портам.

Порты SCSI и SCSI - устройства. SCSI (Small Computer System Interface ; произносится " скАзи", с ударением на первом слоге) – интерфейс, адаптеры и порты для подключения широкого спектра внешних устройств – жестких дисков, CD - ROM / DVD - ROM, сканеров и др. Стандарт SCSI был предложен в начале 1980 - х гг. и получил широкое распространение, благодаря фирме Sun, которая широко использовала его в своих рабочих станциях.

Порт VGA (Video Graphic Adapter) используется для подключения монитора (дисплея), управляемого графическим контроллером (процессором).

IEEE 1394 (FireWire) – порты для подключения цифровых видеокамер или фотоаппаратов. Характерная особенность – небольшой блестящий плоский разъем шириной 3 - 5 мм (имеются два его стандарта). Порт работает в дуплексном режиме, т. е. позволяет управлять не только вводом информации с камеры в компьютер, но и установками самой камеры с помощью компьютерной программы (например, Windows Movie Maker). С помощью такого же порта может быть подключен также телевизор, имеющий интерфейс FireWire. Характерной особенностью современных компьютеров является то, что FireWire - порты монтируются прямо на материнской плате (motherboard) – основной печатной плате компьютера, на которой смонтированы процессор и память, - столь большое значение придают производители компьютеров портам для обмена мультимедийной информацией. В таких случаях в технических характеристиках компьютера обычно указывается: "FireWire on board (на борту)". Читателям рекомендуется не путать FireWire с Wi - Fi – стандартом быстрой беспроводной связи.

HDMI(High Definition Multimedia Interface) – интерфейс и порт. позволяющий подключить к компьютеру телевизор или другое видеооборудование, обеспечивающее наилучшее качество воспроизведения (HD – High Definition). Разъем HDMI напоминает разъем USB. HDMI - порт входит в комплектацию всех современных портативных компьютеров.

Bluetooth – устройства для беспроводного подключения (с помощью радиосвязи) к компьютеру мобильных телефонов, органайзеров, а также наушников, плейеров и многих других полезных устройств. Удобство Bluetooth в том, что компьютер и телефон остаются соединенными, даже если отойти от компьютера с телефоном на некоторое расстояние (например, в другую комнату), не более 10 - 15 метров (Bluetooth 2. 0). Новый стандартBluetooth 3. 0 обеспечивает взаимодействие на расстоянии 200 - 250 м. Обычно портативные компьютеры комплектуются встроенными адаптерамиBluetooth, либо можно приобрести адаптер Bluetooth, подключаемый через USB. Недостаток Bluetooth – относительно маленькая суммарная скорость передачи информации. Например, при пересылке на компьютер через Bluetooth с мобильного телефона Nokia 3230 цифровой фотографии объемом 500 килобайт требуется ждать порядка 10 – 15 секунд.

Инфракрасный порт (IrDA) – порт для подключения ноутбука к мобильному телефону (или двух ноутбуков друг к другу) через инфракрасную связь. Неудобство портов IrDA – необходимость установки двух соединяемых устройств рядом, на расстоянии 20 - 30 см друг от друга, без физических препятствий между ними. Скорость передачи информации – 10 - 12 мегабит в секунду. Современные ноутбуки уже не комплектуются портами IrDA.

Имеются также сетевые устройства – порты и адаптеры – для подключения компьютера к локальной сети.