Аппаратное обеспечение ПК

Тема: Архитектура ПК: аппаратное обеспечение.

Опр: Электронно-вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер – это совокупность технических и программных средств, предназначенных для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи информации.

Основные характеристики ЭВМ

1. Скорость выполнения операций, или быстродействие. Учитывая, что скорость выполнения операций зависит от формы представления числа (с плавающей или фиксированной запятой), быстродействие ЭВМ оценивается приблизительно. Поэтому для характеристики быстродействия используют тактовую частоту, так как выполнение каждой операции происходит за определенное число тактов. Так микропроцессор с частотой 100 МГц выполняет 20 млн коротких операций в секунду (сложение и вычитание чисел с фиксированной запятой). Следовательно, чем выше тактовая частота, тем больше производительность ЭВМ.
2. Разрядность машины и шин интерфейса. Разрядность определяется максимальным количеством разрядов, которые одновременно хранятся или передаются по шинам интерфейса. Длина разрядной сетки определяет производительность ЭВМ и точность вычислений. Чем больше разрядов, тем выше скорость обработки и выше точность вычислений. Современные компьютеры являются 32 или 64-разрядными.
3. Емкость оперативной памяти. Емкость оперативной памяти зависит от типа ЭВМ. ПК имеет ОЗУ, измеряемую в мегабайтах.
4. Емкость внешних накопителей. Объем памяти накопителей на жестких дисках измеряется в десятках и сотнях гигабайт.

Классификация ЭВМ

За все время существования ЭВМ разработаны сотни и тысячи различных моделей. В настоящее время эксплуатируется большое разнообразие вычислительных средств, предназначенных для решения различных задач. Предложено несколько классификаций ЭВМ: по типоразмерам, по специализации, по совместимости, по типу процессора. Однако наиболее общей является классификация по назначению. Согласно этой классификации ЭВМ можно разделить на следующие типы.

Суперкомпьютеры. Основу суперкомпьютеров составляют более тысячи параллельно работающих процессоров, что позволяет значительно увеличить скорость обработки информации. Суперкомпьютеры занимают большие площади и требуют специальных систем кондиционирования воздуха. Эти ЭВМ предназначены для решения глобальных задач, таких как сбор и обработка метеорологической информации в масштабах всей Земли, управление системами противоракетной обороны, моделирование задач ядерной физики, расшифровка генома человека и т.п. В 2003 году наибольшим быстродействием обладал американский суперкомпьютер Cray X1, имевший скорость 52 триллиона операций в секунду.

Большие универсальные ЭВМ (от англ. – mainframe) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность многих управленческих работников в рамках одной организации, одного проекта, одной сферы информационной деятельности при использовании одних и тех же информационно-вычислительных ресурсов. Машины этого типа постепенно сменяют серверные компьютеры.

Серверы предназначены для обслуживания локальных и глобальных компьютерных сетей. Серверы имеют один или несколько процессоров, накопители с большим объемом памяти и подключены к каналам связи. С помощью каналов связи к серверу подключаются терминалы или персональные компьютеры, которые пользуются ресурсами сервера для хранения и обработки информации.

Промышленные компьютеры встраиваются в промышленное оборудование для обработки информации и управления промышленным объектом. Такие компьютеры оснащены универсальными процессорами, но имеют специализированное программное обеспечение. Так каждый самолет, военный или пассажирский, имеет бортовой компьютер для контроля и управления работой всех приборов и устройств самолета, а также для его управления в режиме автопилота.

Персональные компьютеры (ПК) – представляют собой вычислительные системы, все ресурсы которых полностью направлены на обеспечение деятельности одного рабочего места пользователя.

Имеют множество разновидностей как по габаритам, так и по вычислительным возможностям.

Стационарные ПК - настольные ЭВМ, состоящие из системного блока, клавиатуры для ввода информации, монитора, предназначенного для отображения информации, и мыши.

Переносные, или мобильные ПК представляют собой ЭВМ, меньшие по объему , чем стационарные, имеющие автономное питание, системный блок, монитор и клавиатуру, размещенные в одном корпусе.

Ноутбук – сравним по функциональным возможностям со стационарным ПК, использует те же операционные системы, имеет размеры небольшой книги. Имеют компоненты с пониженным энергопотреблением и могут автономно работать от 6 до 12 часов.

Нетбуки или субноутбуки имеют меньшие габариты, чем ноутбуки. Отсутствие дисковода, иногда замена жесткого диска на флеш-память.

Планшетные компьютеры– имеют сенсорный экран и специальное перо, с помощью которого вводиться печатный текст, рисунки, данные и т.д.

Карманные компьютеры (наладонные) – полноправные ПК, имеющие большие функциональные возможности, цветной дисплей, клавиатуру, большую автономность работы.

Коммуникаторы(смартфоны) – сотовые телефоны с компьютерными возможностями и сетевыми функциями.

Электронные секретари – предназначены для организации различных справочников, адресов телефонов, списка текущих дел, распорядка дня и т.п. Имеют встроенные текстовые и графические редакторы, электронные таблицы.

Электронные записные книжки (органайзер) – используют для записи и редактирования необходимых документов, хранения адресов и телефонов, распорядка дня и встреч

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом.

1 принцип – программного управления.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в заданной последовательности.

2 принцип – принцип однородности памяти.

Программные данные хранятся в одной и той же памяти компьютера.

3 принцип – принцип адресности. Основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.

ЭВМ построенные на этих принципах имеют классическую архитектуру.

Архитектура ЭВМ – это ее логическая организация, структура и ресурсы. Архитектура ЭВМ состоит из аппаратного обеспечения и программного обеспечения.

Аппаратное обеспечение ПК

К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами.

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных компонентов в системах и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости компонентов.

Интерфейс должен обеспечивать:

Ø простое и быстрое соединение данного устройства с любым другим, имеющим такой же интерфейс

Ø совместную работу устройств без ухудшения их технических характеристик

Ø высокую надежность

Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами.

Протокол – набор правил и описаний, регулирующих передачу информации между ПК.
Персональный компьютер - универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости. Тем не менее существует понятие базовой конфигурации.

В настоящее время базовая конфигурация состоит из 4 составляющих:
1. системный блок
2. монитор
3. клавиатура
4. мышь.

Системный блок
Системный блок - основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называются внутренними, а подключаемые к нему снаружи - внешними и периферийными.

Внутренние устройства системного блока
Материнская плата – сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера). На ней размещаются:
1.Процессор - основная микросхема, выполняющая арифметические и логические операции - мозг компьютера. Процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами (сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная для хранения адресов и промежуточных результатов вычислений или данных, необходимых для работы самого процессора). С остальными устройствами процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. В основу современных ПК положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

Обмен информации между отдельными устройствами ПК производиться по трем многоразрядным шинам содержащим все модули: шине данных, шине адресов, шине управления.