3. Внутренние устройства персонального компьютера

Системный блок – центральная часть компьютера, содержащая в себе все основные узлы компьютера.

К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности.

• материнская плата;

• процессор;

• внутренняя память;

• внешняя память;

• блок питания — преобразует напряжение 220 В в 5 В, в его состав обязательно входит вентилятор, обеспечивающий охлаждение электронных элементов, находящихся в системном блоке;;

• системная шина — комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера;

• видеокарта (видеоадаптер) — электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея;

• звуковая карта — электронная плата, которая позволяет записывать, воспроизводить и создавать звук программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Материнская плата.

Материнская плата – основная плата персонального компьютера. На ней размещаются: процессор, устройства внутренней памяти, разъёмы расширения для установки контроллеров.

Контроллеры и шина.

Магистраль передачи данных (шина данных) – это проводники, ввязывающие между собой все устройства компьютера. По магистрали передаются управляющие сигналы и данные от одних устройств к другим, что обеспечивает их взаимодействие в процессе обработки информации.

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

Слоты. Разъемы для подключения дополнительных устройств.

Процессор – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Тактовая частота процессора – количество базовых операций, производимых процессором в единицу времени (МГц и ГГц).

Разрядность процессора – объём информации (в битах), который процессор обрабатываемых за одну операцию.

Наиболее известными являются такие модели процессоров, как Intel, Pentium, Celeron.

Устройства управления (УУ) – организует работу всех компонентов процессора и управляет передачей адресов, команд и данных в процессоре по внутренней шине, так и взаимодействием процессора с «внешним миром».

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет числовые и логические операции с данными в соответствии с кодами программы, хранящимися в регистре программ (сложение, сравнение и т.п.).

Память компьютера

В памяти компьютера хранятся программы и обрабатываемая информация.

Основными характеристиками различных типов и устройств памяти являются их объём и быстродействие.

Внутренняя память предназначена для временного хранения данных и программ.

Оперативная память (оперативно-запоминающее устройство, ОЗУ) – это вид памяти компьютера, динамически используемый при работе программ. Служит для кратковременного хранения данных во время их обработки или приёма/передачи.

Часто для обозначения ОЗУ используют обозначение RAM (память с произвольным доступом).

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Для современных ПК оно составляет 7-10 нс. Современные компьютеры имеют ОП от 256 Мб до 1 Гб и более.

Отличительными особенностями оперативной памяти компьютера являются ее энергозависимость и относительно высокая стоимость.

Кэш-память (сверх-быстрая память).

Кэш используется как промежуточное звено между процессором и оперативной памятью, которое обеспечивает повышение скорости вычислений; используется для хранения копий наиболее часто используемых участков оперативной памяти.

Скорость передачи данных при обмене с кэшем значительно выше, чем при обмене с оперативной памятью, но и стоит она дороже

ПЗУ или находится постоянное запоминающее устройство (read only memory — ROM). Оно представляет собой устройство, в которое при его изготовлении записаны определенные неизменяемые данные. При отключении электропитания данные, записанные в ПЗУ, сохраняются. Постоянная память служит для хранения наиболее важных и часто используемых служебных программ. Этот комплекс программ образует базовую систему ввода-вывода, BIOS (Basic Input/Output System — BIOS). BIOS управляет взаимодействием узлов компьютера при передаче данных между процессором, памятью, дисками, монитором, связывая их воедино. (предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен)

ППЗУ (полупостоянное запоминающее устройство) – микросхема памяти небольшого объёма, используемого для хранения текущих параметров конфигурации компьютера, а так же времени и даты. Его часто называют CMOS - памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии CMOS (complementary metal - oxide semiconductor), обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS - памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Внешняя память ПК - предназначенных для долговременного хранения больших массивов информации — программ и данных.

Роль внешней памяти в жизни человека выполняет записная книжка и различные справочники.

Важнейшей особенностью внешней памяти является ее энергонезависимостъ. Это означает, что информация хранится в ней независимо от того, включено или выключено электропитание компьютера. Кроме того, внешняя память стоит намного меньше, ее объем значительно превышает объем оперативной. В качестве внешней памяти в основном используются гибкие магнитные, жесткие магнитные и оптические диски.

Жесткий диск (HDD – Hard Disc Drive) – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

Емкость – это количество информации, способной разместиться на диске.

Производительность включает в себя два параметра: скорость передачи данных (чтения-записи) и время доступа к данным (интервал времени, необходимый для поиска нужных данных), которое в свою очередь зависит от скорости вращения диска.

Дисковод гибких дисков.

Для оперативного переноса небольших объемов данных используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод.

Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость. Гибкие магнитные диски различают двух размеров: 5,25 дюйма и 3,5 дюйма. Информационная емкость 5-ти дюймовых дисков составляет 1,2 Мб, 3-х дюймовых – 1,44 Мбайт.

Гибкие магнитные диски – ненадежные носители данных. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты записей, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения данных недопустимо. Их используют только для транспортировки данных или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

Стримеры – это накопители на магнитной ленте. Принцип действия стримера напоминает обычный кассетный магнитофон.

Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляют до нескольких сот Мбайт.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM (постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска).

Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающего от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных. Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа.

Накопители на съемных оптических дисках основаны на использовании лазерной технологии. Объем данных на таком диске может колебаться от нескольких сот мегабайт до десятков гигабайт. Большинство накопителей для работы с компакт-дисками позволяют хранить данные, записанные на них в процессе изготовления, и воспроизводить их, но не записывать, и обозначаются CD-ROM и DVD-ROM (ROM – память только для чтения). На дисках CD-R и DVD±R (R – записываемый) информация может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD±RW (RW – перезаписываемый) информация может быть записана и стёрта многократно.

Флэш-память. Флэш-память — особый вид полупроводниковой энерго­независимой перезаписываемой памяти:

• полупроводниковая (твердотельная) — не содержащая механически движущихся частей (как обычные жест­кие диски или CD), построенная на основе полупро­водниковых микросхем;

• энергонезависимая — не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи);

• перезаписываемая — допускающая изменение (пере­запись) хранимых в ней данных.

Название флэш-памяти было дано во время разработ­ки первых микросхем (в начале 1980-х годов) как ха­рактеристика скорости стирания флэш-памяти (от англ. «in a flash» — в мгновение ока).

Принцип записи и считывания информации на картах флэш-памяти. Во флэш-памяти для записи и считывания информации используются электрические сигналы.

В простейшем случае каждая ячейка флэш-памяти хра­нит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью («плавающим» затвором) (рис. 5.).

Рис. 5. Ячейка флэш-памяти на полевом транзисторе

При отсутствии сигнала на линии управления (на управ­ляющем затворе) ячейка памяти хранит один бит информа­ции (0 или 1) на стоке полевого транзистора. Между стоком и истоком ток не идет.

При записи данных на линию управления подается поло­жительное напряжение и электроны в результате эффекта туннелирования попадают на плавающий затвор. Между сто­ком и истоком возникает электрический ток и в результате на стоке полевого транзистора записывается один бит данных.

Эффект туннелирования — один из квантомеханических эффектов, использующих волновые свойства электрона. В полевом транзисторе этот эффект заклю­чается в «перескакивании» электрона через слой ди­электрика между стоком и «плавающим» затвором под действием электрического поля.

Карты флэш-памяти (рис. 6). Флэш-память представ­ляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плос­кий корпус. Микросхемы флэш-памяти могут содержать миллиарды ячеек, каждая из которых хранит 1 бит инфор­мации. Информационная емкость карт флэш-памяти может достигать 4 Гбайт (2006 год).

Информация, записанная на флэш-память, может хра­ниться очень длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для жестких дис­ков). Флэш-память компактнее и потребляет значительно ме­ньше энергии (примерно в 10-20 раз), чем магнитные и оптические дисководы.

Благодаря низкому энергопотреблению, ком­пактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-па­мять идеально подходит для использования в каче­стве носителя информации в портативных устройствах: цифровых фото- и видеока­мерах, сотовых телефонах, портативных компьютерах, МРЗ-плеерах и цифровых диктофонах.

К недостаткам флэш-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавли­вают несовместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты па­мяти (Memory Stick, MultiMedia Card, Secure Digital, xD-Picture и др.). Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители (карт-ридеры), встроенные в мобильные устройства или подклю­чаемые к компьютеру через USB-порт.

USB флэш-диски (рис. 7). Накопители на флэш-памяти представляет собой микросхему флэш-памяти, дополненную контроллером USB, и подключаются к последовательному порту USB. USB флэш-диски мо­гут использоваться в каче­стве внешнего сменного но­сителя информации.

USB флэш-диски могут содержать переключатель защи­ты от записи, поддерживать парольную защиту, а также мо­гут быть загрузочными. Некоторые USB флэш-диски имеют кроме индикатора работы жидкокристаллический экранчик, на котором отображается, сколько свободного места осталось на диске.

Звуковая карта — электронная плата, которая позволяет записывать, воспроизводить и создавать звук программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

Рис. 6. Карты флэш-памяти и картридер

Рис. 7. USB флэш-диск