Компоненти сучасного комп'ютера

Отже, давайте розберемо, з чого ж складається сучасний комп'ютер. Давайте в першу чергу відділимо власне комп'ютер, від так званих пристроїв введення-виведення. Комп'ютером ми називатимемо вміст системного блоку, корпусу, в якому зосереджені всі компоненти відповідальні за обчислення, зберігання, обробку і передачу даних. Власне це і є комп'ютер. Все, що знаходиться зовні - пристрої, що служать для введення або виводу інформації. Що у нас знаходиться зовні системного блоку? Монітор, принтер - пристрої виводу інформації на екран і папір відповідно, клавіатура, миша - пристрої введення інформації і т.д. Всі ці пристрої не служать для зберігання, обробки даних, в них не проводяться обчислення. Це так звані периферійні пристрої. У принципі комп'ютер може працювати і без них. Навпаки - в системному блоці знаходяться компоненти, які проводять обчислення, в яких зберігаються і обробляються дані. Давайте розберемо, з яких вузлів складається системний блок комп'ютера.

Материнська плата

Центром комп'ютера є найбільша плата - так званаматеринська плата (MotherBoard, MainBoard). Роль цієї плати вкрай важлива: вона є як би зв'язуючою ланкою між всіма компонентами комп'ютера, практично всі пристрої підключаються саме до материнської плати. Природно від можливостей материнської плати багато в чому залежать можливості комп'ютера. Давайте подивимося, з яких компонентів складається материнська плата, і які ж компоненти підключаються до неї.

Процесор

В першу чергу слід звернути увагу на процесор (CPU, Central Processor Unit, Модуль Центрального Процесора). На материнській платі є роз'єм (гніздо) для підключення процесора. Процесор - це (звичайно) найбільший чіп в комп'ютері. Процесор - це пристрій, який уміє виконувати певний набір команд (інструкцій), а комп'ютерна програма - це і є послідовність цих самих інструкцій. Тобто процесор - як би мозок комп'ютера, процесор виконує практично всі обчислення в комп'ютері. Природно, що від продуктивності процесора напряму залежить і сумарна продуктивність всього комп'ютера. Чим характеризується продуктивність процесора? На це питання ми відповімо пізніше, коли вивчатимемо процесори детально.

Оперативна пам'ять

Наступний найважливіший компонент, що підключається до материнської плати - оперативна пам'ять (RAM, Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом). RAM - енергозалежний пристрій, її вміст при виключенні живлення стирається. Яке її призначення? Ви ймовірно знаєте, що вся інформація в комп'ютері зберігається на так званих "жорстких дисках" (якщо не знаєте, то про це пізніше). Жорсткі диски через свій механічний пристрій достатньо повільні. Припустимо ми хочемо запустити якусь програму з нашого жорсткого диска. Ця програма (тобто послідовність команд процесору) повинна бути зчитана з диска і передана процесору. Але оскільки диск - пристрій повільний, та переважну більшість часу процесор чекатиме прочитування чергових байт з жорсткого диска, а виконавши (вельми швидко) знову чекати. Для того, щоб подібні ситуації не виникали, в комп'ютер встановлюється так звана оперативна пам'ять. Цей електронний (а не механічний, як жорсткий диск) пристрій, тому його можна зробити вельми швидким. З другого боку оперативна пам'ять приблизно в сотню раз (при рівному об'ємі зберігання даних) дорожча за жорсткий диск. Тому в системі встановлюють деяку кількість оперативної пам'яті, в якій фактично процесор і береже необхідні йому дані і програми, з якими він в даний момент працює.

Таким чином дані і програми одного разу прочитуються з жорсткого диска і розміщуються в оперативній пам'яті, а потім робота процесора з цими програмами і даними відбувається воперативної пам'яті. (Зрозуміло, що коли програми і дані більш не потрібні, вони виддаляються з оперативної пам'яті, але продовжують зберігатися на жорсткому диску). Природно, що від швидкодії оперативної пам'яті залежить, наскільки швидко процесор забезпечується даними для обробки і продуктивність комп'ютера в цілому. Наприклад, комп'ютер з більш швидким процесором може конкретну задачу вирішити повільніше, ніж комп'ютер з менш швидким процесором, якщо у останнього оперативна пам'ять швидша. Важливо підкреслити, що тут не можна говорити про те що один комп'ютер швидший іншого, потрібно розуміти, що це залежить від кожної конкретної задачі. Так само важливим є питання про те, як залежить продуктивність комп'ютера від кількості встановленої оперативної пам'яті. Не можна говорити про те, що чим більше пам'яті, тим швидший комп'ютер. Все залежить від конкретної задачі.

Розглянемо два приклади. Хай у нас є два однакові комп'ютери, але в одному, покладемо 32Мб пам'яті, а в іншому - 512Мб. Хай обидві машини вирішують найскладнішу задачу 3D моделювання, розраховують тривимірну сцену з безліччю деталей. Для таких задач потрібна величезна кількість пам'яті (рекомендують хоча б 256Мб). Які результати покажуть наші тестові системи? Система з великою кількістю пам'яті вирішуватиме поставлену задачу з максимально можливою для даної продуктивності процесора і пам'яті швидкістю. Час, необхідний для розрахунку, залежатиме тільки від того, наскільки швидкий процесор і пам'ять. Навпаки, система з малою кількістю пам'яті тільки і займатиметься дисковими операціями. Дійсно, якщо потрібно повести розрахунок з 300Мб даних, як їх розмістити в 32Мб пам'яті? Природно тільки частинами. Частина даних буде зчитана з диска в оперативну пам'ять і достатньо швидко оброблена. Більше вільної пам'яті немає, дані, що тільки що використалися, будуть збережені на диску, а з диска зчитана чергова порція даних на обробку. Таким чином в основному система займається прочитуванням з диска порцій даних, потім, оскільки даних мало, вони швидко обробляються, і записуються знову на диск (адже більше нікуди!), а їм на зміну прочитується нова порція даних і т.д. Продуктивність щодо першої системи (при однаковому процесорі) може падати в десятки разів! Такого падіння непросто добитися заміною процесора на більш слабий!

Розглянемо приклад іншої задачі на тих же двох тестових системах. Нехай ми вирішуємо математичну задачу, наприклад систему з декількох диференціальних рівнянь з дуже високою точністю. Даних для обробки - 300кб. Зате необхідна дуже висока точність і, як наслідок, одні і ті ж дані обробляються багато разів. Чи буде вигода об застосування в системі 515Мб, якщо даних для обробки - 300кб? Звичайно, ні! Обидві системи покажуть однакову продуктивність. Виходить, що вигода від великої кількості пам'яті є далеко не завжди. Ми розглянули полярні приклади, які, проте, описують потреби додатків в пам'яті. На завершення огляду ролі оперативної пам'яті в системі потрібно відзначити, що сьогодні сучасний комп'ютер повинен бути обладнаний не менше ніж 64 Мб оперативної пам'яті, а краще за наявності можливості встановити 128 Мб. Звичайно для спеціальних задач (наприклад, 3D-моделирование) потреби в пам'яті можуть бути набагато більшими.