Источник питания компьютера представляет собой блок, содержа-ций системы энергопитания узлов ПК

К внешним устройствам персонального компьютера кроме внешней амяти относятся разнообразные устройства ввода/вывода информа-ии, и основными здесь являются видеомонитор, клавиатура, мышь.

СОСТАВ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА.

Минимальный состав персонального компьютера включает в себя системный блок, клавиатуру, монитор и мышь (рис. 6).

Системный блок содержит основные электронные схемы и устройства управления компьютера, устройства внешней памяти, блок питания.

Клавиатура — стандартное устройство ввода информации, передающее в компьютер символы или команды.

Монитор (или дисплей) — стандартное устройство вывода, отображения информации в форме знаков, графического и видеоизображения на электронном экране. Современные программные средства используют монитор как инструмент организации графического взаимодействия с пользователем, в частности для совместного ввода информации с помощью клавиатуры и мыши.

Мышь — устройство позиционирования указателя на экране, позволяющее без использования клавиатуры выделять, перемещать, и менять объекты, отдавать команды.

Устройства в составе компьютерной системы должны быть сок местимы. Совместимость — способность различных объектов к взаимодействию. Источники и получатели информации, комплектующие устройства аппаратуры должны для выполнения операций обладать совместимостью. Совместимостью должны обладать видеомагнитофон и телевизор, элементы телефонной связи и радиосвязи. Качество, противоположное совместимости, — несовместимость, конфликты при обработке информации. В компьютерной системе обработка и обмен данными выполняются при условии совместимости устройств и программ разных производителей (передать на монитор, принтер; получить от клавиатуры, мыши, модема; работать с диском).

Системный блок. Системный блок персонального компьютера содержит в своем корпусе системную (материнскую, или основную, плату), платы расширения (контроллеры и адаптеры), различные накопители информации (жесткий диск, дисководы, приводы CD-R/RW, DVD-R/RW), блок питания (рис. 7). На передней панели системного блока расположены кнопки включения компьютера, с тыльной стороны находятся разъемы для подсоединения внешних устройств.

Самопроверка и загрузка компьютера. Соединение системного блока кабелями с периферией (клавиатурой, мышью, монитором, принтером, звуковыми колонками) рекомендуется выполнить до включения.

На передней панели системного блока находятся кнопка включения (выключения) электропитания, кнопка принудительной перезагрузки Reset (может быть совмещена с кнопкой питания) и индикаторы работы винчестера и дисководов.

Существуют три варианта загрузки операционной системы в оперативную память компьютера.

1. «Холодный старт». Компьютер был выключен и включается кнопкой питания. При этом выполняется самопроверка блока питания и начинается загрузка.

2. Перезагрузка системы после одновременного совместного нажатия трех клавиш клавиатуры Ctrl, Alt, Del. Блок питания не выключается, но нажатие клавиш Ctrl, Alt, Del очищает память.

3. Горячий старт. Принудительная перезагрузка кнопкой Reset применяется при зависании компьютера, когда не удается перезагрузка одновременно нажатыми клавишами Ctrl, Alt, Del. Электропитание не выключается.

Программа самопроверки (POST — Power On Self Test) после включения компьютера или после принудительной перезагрузки тестирует процессор на выполнение некоторых команд; постоянную память — на считывание данных; тактовый генератор, ячейки оперативной памяти, видеосистему и, наконец, клавиатуру, порты, жесткий диск, дисководы. Когда проверка технического состояния завершена успешно, проходит процесс загрузки операционной системы в оперативную память. Так как после выключения питания для полной остановки вращения жесткого диска компьютера требуется некоторое время, следует повторное включение компьютера производить через 30 с.

Системная, или материнская, плата — основная электронная плата компьютера, на которой размещены: центральный процессор, модули оперативного запоминающего устройства, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), схемы для взаимодействия с другими устройствами (контроллеры управления периферийными устройствами, такими, как монитор, клавиатура, дисководы), разъемы для подключения дополнительных плат расширения (рис. 8). Элементами платы являются интегральные микросхемы, соединенные проводящими линиями (шиной) между собой и с портами (разъемами для подключения внешних устройств).

Основные элементы материнской платы, определяющие произво­дительность компьютера, — это процессор и оперативная память.

ПРОЦЕССОР

Процессор — функционально законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной (или нескольких) сверхбольшой интегральной схемы (размером в несколько сантиметров), «кристалл» из слоев полупроводника, чрезвычайно плотно насыщенных электронными элементами (более 10 млн. микротранзисторов и переключателей) (рис. 9).

На процессорном кристалле расположены:

• процессор, являющийся главным вычислительным устройством, осуществляющим арифметические и логические операции над данными;

• сопроцессор — специальный блок для операций с «плавающей запятой», который применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с графическими программами;

• кэш-память первого уровня — сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений;

• кэш-память второго уровня.

Центральный процессор — основное рабочее устройство в компьютере, которое выполняет заданные программами вычислительные и логические преобразования данных, координирует работу всех устройств компьютера. Выполняя операции «под руководством» программ, процессор размещает программы и данные в памяти, посылает сигналы управления, обменивается данными с другими внутренними и внешними устройствами компьютера.

Центральный процессор персонального компьютера (микропро­цессор) определяет поколение, производительность компьютера: от процессора во многом зависит быстродействие, количество операций в секунду. Микропроцессоры отличаются и задачами, под которые оптимизирована схема.

Основными характеристиками микропроцессора являются:

• система команд;

• степень интеграции;

• разрядность обрабатываемых данных;

• тактовая частота;

•размер кэш-памяти (внутренней памяти).

Система команд. Система команд — множество элементарных операций, которые умеет выполнять процессор. Процессоры с одинаковой системой команд позволяют создавать совместимые компьютеры, на которых программы будут выполняться одинаково. Все микропроцессоры в зависимости от системы команд можно разделить на четыре группы.

•Микропроцессор типа CISC (Complex Instruction Set Computer), представляет собой процессор с полным набором команд. Исторически это были первые процессоры, в которых использовались микропрограммы для выполнения набора всех необходимых команд. В персональных компьютерах типа IBM PC использовались именно такие микропроцессоры. CISC-процессоры содержат неоднородный состав внутренних регистров, широкий набор команд, что усложняет их декодирование, поэтому на выполнение даже самой короткой команды тратится несколько машинных тактов. С течением времени системы команд все более усложнялись, но для практического использования в подавляющем большинстве случаев из всего набора команд требовалась лишь небольшая его часть. В середине 1970-х в корпорации IBM было принято решение о разработке процессора с усеченным набором команд Микропроцессор типа RISC (Redused Instruction Set Computer) является процессором с сокращенным набором команд. Эти процессоры имеют набор однорядных регистров универсального назначения (более 100), работают с упрощенным набором команд одинаковой длины, вы­полняющихся, как правило, за один такт процессора. RISC-процессоры имеют очень высокое быстродействие. Первый процессор RISC был создан корпорацией IBM в 1979 г. Современные 64-разрядные RISC-процессоры (80870, 80960, Power PC) обеспечивают быстродействие до 150 млн операций в секунду. Микропроцессоры Power PC (Performance Optimized With Enhanced RISC PC) применяются в серверах, а также в персональных компьютерах типа Macintosh. Начиная с процессора Pentium корпорация Intel стала внедрять элементы RISC-технологий в своих МП. Микропроцессоры типа RISC программно несовместимы с CISC-процессорами.

• Микропроцессор типа MISC (Minimum Instruction Set Computer) с минимальным набором команд отличается высоким быстродействием. Как и процессор RISC, он характеризуется небольшим набором чаще всего встречающихся команд. За счет увеличения разрядности в процессорах этого типа несколько команд укладывается в одно машинное слово размером 16 байт, что позволяет обрабатывать несколько команд.

• Микропроцессор типа VLIW (Very Long Instruction Words) работает с системой команд сверхбольшой разрядности. Сверхдлинная команда процессора на самом деле состоит из нескольких, обычно RISC-команд, каждая из которых выполняет действия на своем исполнительном устройстве. Число таких команд равно числу вычислительных устройств и обычно равно 8—20. VLIW иногда называют пост-RISC архитектурой. Идея этой технологии заключается в том, что перед выполнением прикладной программы производится ее анализ специальным компилятором и выстраивается несколько ветвей последовательных операций, выполняющихся параллельно. Каждая такая группа образует одну сверхдлинную команду. Тем самым эта технология отличается от суперскалярных процессоров именно тем, что здесь отбор команд производится заранее, а не в ходе выполнения прикладной программы, что усложняет структуру суперскалярного процессора и замедляет его работу. Технология VLIW позволяет, с одной стороны, в течение одного такта выполнить группу коротких (обычных) команд, а с другой — упростить структуру процессора. Подавляющее большинство мультимедийных процессоров с производительностью более 1 млрд операций в секунду базируется на VLIW-архитектуре.

Степень интеграции микросхемы процессора показывает, какое число транзисторов на ней умещается. В процессорах первых персональных ЭВМ располагалось около 30 тыс. транзисторов, в современных процессорах размещается свыше 28 млн транзисторов. Предполагается, что к 2010 г. этот показатель достигнет 1 млрд транзисторов.

Разрядность процессора определяется количеством бит данных, ко­торые он может одномоментно принять на обработку. Первые процессоры Intel для персональных компьютеров были 16-разрядными, т.е. могли принимать и передавать данные группами по 16 бит (по 2 байта). Для сложения двоичных чисел длиной 32 бита такому процессору приходилось выполнять в 2 раза больше команд. Большинство микропроцессоров для ПК сегодня являются 32-разрядными, однако в настоящее время уже разработаны и 64-разрядные процессоры.

Тактовая частота. Скорость выполнения команд связана с тактовой частотой. Генератор тактовой частоты — электронное устройство на материнской плате, которое генерирует импульсные сигналы, определяющие согласованный темп и временные интервалы выполнения процессором операций, работы других устройств. В генераторе тактовой частоты применяется кристалл кварца (по типу используемого в электронных часах), придающий работе генератора высокую стабильность. Частота тактовых импульсов генератора современных ПК составляет несколько ГГц.

Время, затрачиваемое на одну операцию, например на передачу данных от одной части системы к другой, занимает несколько тактов машины и называется машинным циклом. Чем выше частота тактов, тем короче интервал времени и больше команд может выполнить процессор за секунду. Чем совершеннее процессор, тем меньше тактов требуется для выполнения одной операции.

Тактовая частота является важной характеристикой быстродействия, но не единственным показателем производительности компьютера. Хотя импульсы тактовой частоты задают процессору ритм вычисления, быстродействие не прямо пропорционально этой частоте. На быстродействие влияют тип процессора, виды обрабатываемых процессором команд, объем оперативной памяти, характеристики линии связи между устройствами — шины передачи данных.

Более совершенные процессоры выполняют за машинный цикл не одну, а несколько команд. Важна разрядность микропроцессора — возможность обработки цифровых сообщений разной длины (но не превышающей разрядность). Компьютер с 32-разрядным процессором работает быстрее 16-разрядного. Поэтому нет простых соотношений между продолжительностью временного цикла, разрядностью шины и миллионами команд (инструкций), обрабатываемых в секунду. Если просто удвоить тактовую частоту генератора (выполнить «разгон» процессора), не меняя устройств компьютера, то скорость выполнения вычислений не обязательно удвоится, в то же время «учащение сердцебиения» ведет к перегреву процессора, сбоям, неустойчивой работе.

В современных ПК имеется несколько тактовых генераторов, работающих синхронно на разных частотах. Частота системы ПК опре­деляется частотой системной шины, а тактовые частоты остальных компонентов компьютера являются кратными ей.

Кэш-память (анг. cash — тайник) — промежуточная «сверхоперативная» память для обмена данными между двумя устройствами, работающими с разной скоростью, с разной тактовой частотой. Регистровая кэш-память обменивается данными с быстродействующим устройством часто и быстро, а со сравнительно медленным устройством — реже и медленнее. Кэш дает выгоду в быстродействии, когда данные требуются быстродействующему устройству несколько раз за короткий интервал времени, а давно не востребованные данные из кэш-памяти заменяются на более актуальные.

Современные процессоры имеют в своей схеме (кристалле) два уровня кэш-памяти, позволяющие процессору увеличить производительность и иметь тактовую частоту в несколько раз выше, чем частота остальной части компьютерной системы. Часть обрабатываемых данных и кодов процессор хранит в своей кэш-памяти, имеющей не только большую скорость предоставления данных, но и возможность хранения команд и данных, которые вот-вот потребуются.

В процессоре есть центральная часть — ядро процессора, функционирующее с частотой в несколько раз более высокой, чем частота работы остальных устройств. Встроенные кэши (внутренние блоки памяти) работают на частоте ядра процессора и выполняют более одной команды за один цикл связи с обычной оперативной памятью. Частота работы ядра процессора 2 ГГц соответствует 2 млрд импульсов тактового генератора в секунду. Обмен процессора данными с оператив­ной памятью происходит по шине заметно реже, например с частотой 200 МГц.

Поколения процессоров. Первый микропроцессор был выпущен в 1971 г. фирмой Intel (США). За прошедшие десятилетия сменилось несколько поколений процессоров, при этом развитие процессоров идет в основном в соответствии с законом Г. Мура, одного из основателей фирмы Intel: «Мощность CPU удваивается каждые полтора года».

Процессоры первого и второго поколений были представлены CPU 8086/80286. Процессор 80286 имел адресное пространство 16 Мб и работал с тактовой частотой 20 МГц.

Процессоры третьего поколения типа 80386 обеспечивали адресацию физической памяти до 4 Гб и работали уже на частоте 33 МГц.

В процессоры четвертого поколения 80486 были интегрированы сопроцессор и кэш-память, у них была реализована конвейеризация вычислений.

Процессоры пятого поколения типа Pentium поддерживали 64-раз­рядную системную шину, имели технологию предсказания переходов и параллельную конвейерную обработку данных. Процессоры Pentium принято подразделять по поколениям в соответствии с техническими характеристиками и хронологией их выхода на компьютерный рынок.

Первый процессор шестого поколения получил имя торговой марки Pentium Pro, имел 14 ступеней конвейерной обработки и поддерживал работу многопроцессорных систем. Процессор Pentium II был ориентирован на массового пользователя ПК, и его версия под названием Celeron предназначалась для ускорения перехода пользователей на новое поколение процессоров. Процессор Pentium III значительно расширил возможности обработки изобра­жений, потоков аудио- и видеоданных, распознавания речи. Он имеет частоту процессора до 1,3 ГГц и частоту системной шины 133МГц.

Процессоры седьмого-восьмого поколений имеют собственную ча­стоту свыше 1 ГГц. К таким процессорам относятся CPU Pentium IV и CPU Athlon корпорации AMD.

Типы процессоров, разработанных фирмой Intel и AMD, представлены в табл. 1.

ПАМЯТЬ

Память — способность компьютера обеспечивать хранение данных в запоминающих устройствах. Функции памяти: прием информации от других устройств, запоминание, выдача информации другим устройствам компьютера.

В компьютере несколько видов памяти и запоминающих устройств, отличающихся емкостью памяти, временем хранения, методом и скоростью доступа к данным, избирательностью выдачи данных, надежностью работы (рис. 10).

Для персонального компьютера самая быстрая — внутренняя память (взаимодействующая с процессором) имеет несколько уровней: постоянную (только читаемую) память, в которой хранятся программы, необходимые для запуска компьютера; оперативную память для хранения обновляемых данных; кэш-память увеличивающую производительность процессора.

Для хранения параметров конфигурации компьютера предназначена постоянная память на основе полупровоников CMOS-память. Для хранения видеоизображений, выводимых на экран монитора, служит видеопамять.

Внешняя память более медленная, но и более вместительная — жесткие диски, сменные накопители и носители (магнитные ленты, дисководы, компакт-диски CD и DVD).

Постоянная память: ПЗУ и система BIOS. Работа компьютера после включения начинается только при условии, что процессор получит из памяти данные и программы для обработки. Сразу «после пробуждения» процессору нужны инициирующие команды и данные, которые сохраняются при отключении питания и предоставляются процессору при включении. Для этих целей в компьютере предусмотрено постоянное запоминающее устройство.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — устройство энергонезависимой памяти, которая постоянно, даже после выключения компьютера, хранит фиксированные («вшитые») программу и данные и использует их для загрузки операционной системы и подключения устройств (рис. 11).

Схема ПЗУ постоянно хранит про-рамму BIOS (англ. Base Input Output ystem — базовая система ввода-вывода), оторую процессор выполняет для проверки устройств во время запуска, для за-рузки операционной системы или для становки новой. Кроме того, программа ilOS устанавливает поток данных между перационной системой компьютера и одсоединенными устройствами: жестким диском, клавиатурой, мышью, принтером, видеосистемой, управляет потребляемой мощностью и питанием ПК. Данные в ПЗУ записываются в процессе изготовления, сохраняются после выключения питания компьютера и могут только читаться, результаты своей работы компьютер здесь не сохраняет (для ПЗУ используется и английский термин ROM, Read Only Memory — память только для чтения).

При включении компьютера процессор обращается к ПЗУ, считывает программу BIOS, начинает ее выполнять и осуществляет тестирование основных устройств: клавиатуры, оперативной памяти, дисководов и др. Если устройства не обнаружены или не работают, BIOS сообщает об ошибках звуковыми сигналами или текстом на экране. Если устройства обнаружены и работают должным образом, устанавливается связь системной платы с устройствами, подключаются клавиатура, жесткий диск, и начинается процесс загрузки операционной системы ПК.

После успешной загрузки операционной системы в оперативную память дальнейшее управление компьютером берет на себя операционная система, которая в последующем выполняет загрузку и управление прикладной программой или передает его какой-нибудь прикладной программе, например текстовому процессору Word.

В современных компьютерах BIOS записывается в так называемой флеш-памяти (англ. in a flash — мгновенно) — в запоминающее устройство с возможностью перепрограммирования. Флеш-память, как и обычное ПЗУ, энергонезависима, т.е. данные не пропадают после отключения питания, но флеш-память позволяет обновлять, перезаписывать находящиеся в ней данные.

Система BIOS хранит программу установки Setup (англ, set up — установить). Сообщение о работе этой программы иногда высвечивается при загрузке компьютера на черном фоне экрана: «Чтобы войти и Setup, нажмите клавишу F1» (или Del, или другую). Программа позволяет пользователю установить клавишами клавиатуры некоторые настройки BIOS, которые записываются в отдельную постоянную CMOS-память, питаемую от аккумуляторной батарейки. CMOS — память (Complimentary Metal Oxide Semiconductor Memory) представляет собой память для хранения конфигурации компьютера. Она имеет низкое энергопотребление и не изменяется при отключении питания. Эта память располагается на контроллере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы. В CMOS хранятся некоторые настройки системы, текущая дата и время (их можно настроить также с помощью операционной системы), пароль на вход в компьютер. О пребывании в программе Setup свидетельствует характерный «старомодный», под DOS, вид экрана и заголовок типа Award BIOS Setup (если BIOS компании Award).

Помимо основной системы BIOS в современных компьютерах есть и местные, например видеосистемы BIOS.

Оперативная память. Оперативная память — память временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполне­ния операций в текущем сеансе работы. Память отличается особо быстрым доступом к чтению и записи данных процессором или другими устройствами. Работа компьютера — это прежде всего работа процессора с оперативной памятью.

При включении компьютера в оперативную память загружаются с диска программы и данные для работы операционной системы и работы отдельных устройств, а затем прикладные программы, которые открывает пользователь. Оперативная память хранит данные только на время, пока компьютер включен, поэтому она временная (на время сеанса работы) и энергозависимая (пока подает энергию источник питания). Данные в памяти утрачиваются при выключении компьютера или перезагрузке операционной системы.

Процессор выполняет вычисления по программе, размещенной в оперативной памяти, обменивается с памятью данными, отправляет данные из памяти во внешние запоминающие устройства или сеть. Доступ к данным оперативной памяти происходит гораздо быстрее, чем к данным внешней памяти, например жесткого диска, поэтому она и называется оперативной — быстродействующей.

Объем оперативной памяти определяет, насколько большие программы могут выполняться, а также сколько данных будет подготовлено им для доступа, сколько программ могут выполняться одновременно, что очень важно для быстродействия. В современные персональные компьютеры устанавливается память объемом 256 Мбайт и более.

Оперативная память физически выполняется на микросхемах, состоящих из многих запоминающих ячеек (каждая со своим адресом) для электрической записи, считывания и обновления двоичных данных. Ячейка памяти — минимальная адресуемая область памяти, хранящая данные в виде двоичного числа определенной длины. Двоичное число (1 или 0) в ячейке памяти определяется наличием или отсутствием электрического заряда.

Процессор выполняет операции с двоичными числами. Чем большей разрядности число может обработать процессор единовременно и чем больше оперативной памяти он может использовать для размещения обрабатываемых данных, тем выше быстродействие компьютера, тем лучше он работает с большими объемами данных.

Адрес — число, которое идентифицирует отдельные части памяти (ячейки). Каждая ячейка оперативной памяти имеет индивидуальный адрес. Процессор рассматривает оперативную память как кипу страниц с пометками, пронумерованными записками, куда можно быстро заглянуть по номеру. Процессор, обладающий способностью работать с двоичными числами больших разрядов, может нумеровать и использовать очень много таких «страниц и записей». Способность адресовать оперативную память позволяет процессору найти ячейку по адресу (как камеру хранения по номеру). Английский термин RAM (Random Access Memory — память произвольного доступа) отражает свойство предоставлять с одинаковой скоростью доступ к любой ячейке памяти, независимо от адреса ячейки.

Процессор одновременно обрабатывает несколько разрядов чисел. Повышение максимальной разрядности чисел позволяет увеличить количество ячеек оперативной памяти, а значит, возможный максимальный ее объем. Тридцатидвухразрядный процессор и 32-разрядная адресация могут адресовать 2³² байта, т.е. 4 Гбайт оперативной памяти (если такой объем оперативной памяти доступен на компьютере). Перенос данных из памяти процессору выполняется 32-разрядной программой в несколько раз быстрее, чем 16-разрядной программой. Прикладные программы с 32-разрядным кодом, применяемые в Windows 9x/XP, быстрее выполняют операции перемещения данных в памяти, сложе­ния, вычитания, деления, умножения, сравнения крупных массивов чисел.

В компьютере с 64-разрядным процессором и 64-разрядной возможностью адресации предел оперативной памяти увеличивается до 2⁶⁴=1,8х10²⁴байт.

Развитие технологии процессоров направлено на повышение разрядности обрабатываемых двоичных чисел. Для увеличения разрядности и скорости выполнения программ кристалл интегральной схемы плотнее насыщают транзисторными элементами, уменьшают размеры, применяют новые технологии производства.

Физически оперативная память выполняется в виде модулей ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), представляющих собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются микросхемы пямяти (рис. 12). Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, по быстродействию, по информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие, которое зависит от максимально возможной частоты операций записи или считывания информации из ячеек памяти. Современные модули памяти обеспечивают частоту до 800 МГц, а их информационная емкость может достигать 1 Гбайт. Современные модули памяти обеспечивают время доступа к информации менее 10 наносекунд (10~⁹ с).

В персональных компьютерах объем адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например «всего» 256 Мбайт.

Кэш-память. Кэш-память может размещаться также как вспомогательная между оперативной памятью и процессором, между оперативной памятью и диском. Кэш-память — это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая кэш-память внутри микропроцессора (кэш-память первого и второго уровня) или вне микропроцессора на материнской плате; для ускорения операций с дисковой памятью организуется кэш-память на ячейках электронной памяти.

Внешняя память — компьютерная память долговременного хранения программ и данных, недоступная процессору для непосредственного обращения. Процессор получает доступ к внешней памяти через оперативную память, команды ввода-вывода поручают оперативной памяти обменяться данными с внешней памятью.

Устройства внешней памяти — это накопители данных на магнитных или оптических носителях. В конструкции устройств внешней памяти имеются механические части, поэтому скорость их работы шачительно ниже, чем у оперативной памяти. В системном блоке сомпьютера располагаются накопитель на жестком магнитном диске винчестер), накопитель для оптических носителей — дисковод компакт-такт-дисков CD/DVD, а также дисковод для гибких магнитных дисков — дискет. Стример (накопитель с магнитной лентой) выполняется как отдельное устройство.

ВНУГРИМАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС

Связь устройств ПК осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. В соответствии с функциональным назначением интерфейсы можно поделить на два основных класса: системные интерфейсы ЭВМ и интерфейсы периферийного оборудования.

Современные ПК имеют два типа шин: системную шину, соединяющую процессор с ОЗУ и кэш-памятью 2-го уровня, и шины ввода/вывода, соединяющие процессор с периферийными устройствами посредством моста, как правило, встроенного в микросхему системной шины (рис. 13).

Набор микросхем системной логики, или чипсет (англ. chipset), на системной плате требуется процессору для работы с разнородными видами памяти, с портами ввода/вывода, внешними устройствами, приложениями. Процессор занимается вычислениями, а интегральные микросхемы — чипы обеспечивают взаимодействие подсистем компьютера, подключаемых устройств.

На системной плате находятся микросхемы с дополнительными процессорами «местного значения» — контроллеры, освобождающие центральный процессор от выполнения функций управления отдельными внешними устройствами (клавиатурой, монитором, жестким диском, принтером), устанавливающие связующие «мосты взаимопонимания» между внутренними и периферийными устройствами, обслуживающие их запросы к памяти, расставляющие приоритеты в обслуживании.

Системная шина — совокупность сигнальных линий, которые соединяют центральный процессор с оперативной памятью на материнской плате для обмена информацией. Посредством шины процессор выбирает адресуемое устройство, выполняет обмен данными и служебными сигналами. Системная шина состоит из трех групп линий — для адресов, данных и управления.

Ширина шины — число параллельных проводников, каждый из которых предназначен для передачи отдельного бита, — важный параметр, определяющий производительность компьютера.

Процессор передает данные по шине в виде нескольких битов одновременно (параллельно). Количество битов, которые можно передать по шине единовременно, определяет разрядность шины: 16, 32 или 64 бита. Чем больше ширина (разрядность) шины, тем большей разрядности числа она может передавать, а это позволяет адресовать больше оперативной памяти и повышает быстродействие компьютера. Шина современного процессора имеет 64 разряда, т.е. передает 8 байт данных единовременно. Еще один важный параметр шины — частота передачи данных в секунду, в зависимости от поколения компьютера она составляет 100, 200, 400 МГц и более. Соответственно пропускная способность шины по передаче данных — 0,8, 1,6 и 3,2 Гбайт в секунду.

Шины ввода/вывода подразделяются на локальные и стандартные. Локальные шины ввода/вывода — это скоростные шины, предназначенные для обмена информацией между быстродействующими устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами и др.) и системной шиной. В современных ПК такими шинами являются шины PCI (Peripheral Component Interconnect) и AGP (Accelerated Graphics Port). Шина PCI служит для ввода и вывода информации от сетевых адаптеров, контроллеров SCSI-устройств и др. Шина PCI работает на половинной частоте системной шины. Шина AGP предназначена для обеспечения работы видеосистемы ПК и подключения ее видеоадаптера.

Стандартные шины ввода/вывода используются для подключения более медленных устройств. Современными стандартными шинами ввода/вывода являются шины USB и IEEE 1394 (FireWire).

Универсальная последовательная шина {англ. Universal Serial Bus — USB) — стандарт, предназначенный для организации соединения многочисленных и разнотипных внешних устройств с помощью единого интерфейса (рис. 14). Шина USB дает возможность пользователям подключать внешние устройства без перезагрузки операционной системы и позволяет выстраивать многоуровневое каскадирование.

Сегодня USB – это очень популярная универсальная последовательная шина для легкого подключения различного вида устройств – клавиатуры, мыши, джойстика. Модема. Мобильных телефонов, накопителей информации, сканеров, принтеров и др. Пропускной способности шины 480 Мбит/с достаточно для удовлетворения потребностей всехэтих применений в полной мере. Добавление устройств – не сопряжено с установкой адаптеров, выполнением сложного конфигурирования, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения, так как современные операционные системы автоматически определяют, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству, и делают этот ресурс доступным без вмешательства пользователя.

IEEE 1394 (FireWire) — это стандартная последовательная шина ввода/вывода, разработанная на основе технологии FireWire фирмой Apple для подключения высокоскоростных внешних устройств. Она предназначена для обмена информацией между ПК и другими внешними электронными устройствами, в первую очередь устройствами обработки аудио- и видеоинформации — цифровых видеокамер и видеомагнитофонов.

Интерфейс IEEE 1394 во многом подобенUSB, но является более быстродействующим. В различных спецификациях устанавливается быстродействие от 12,5 Мбит/с до 1,6 Гбит/с и выше (рис. 15). Интерфейс позволяет соединять разнотипные устройства, такие как аналоговые и цифровые видеокамеры, телевизоры, принтеры, сетевые карты и накопители информации, в сеть.