Реферат: Архитектура ЭВМ
ГОУ ВПО «Курский Государственный Медицинский Университет»
Кафедра Информатики и вычислительной техники
Реферат
по информатике на тему
«Архитектура ЭВМ»
Выполнил: студент 1-го курса
Ларин С.Л.
Проверил: Кибец
Ольга Ивановна
Курск, 2009
План
Введение
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
Структура персонального компьютера
Внутреннее устройство персонального компьютера
Заключение
Литература
Введение
Во все времена людям нужно было считать. В туманномдоисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примернооколо 4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были изобретены ужедовольно сложные системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки,рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколькотысячелетий спустя, появились первые ручные вычислительные инструменты. А внаши дни сложнейшие вычислительные задачи, как и множество других операций,казалось бы, не связанных с числами, решаются при помощи «электронногомозга», который называется компьютером.
Специалисты, наверное, не преминут заметить, что компьютер — это не мозг (по крайней мере пока — уточнят некоторые). Это просто-напросто ещеодин инструмент, еще одно устройство, придуманное для того, чтобы облегчить наштруд или усилить нашу власть над природой. Ведь при всем его кажущемсявеликолепии современный компьютер обладает, по существу, одним-единственнымталантом реагировать с молниеносной быстротой на импульсы электрическогонапряжения. Истинное величие заключено в человеке, его гении, который нашелспособ преобразовывать разнообразную информацию, поступающую из реального мира,в последовательность нулей и единиц двоичного кода, т.е. записывать ее наматематическом языке, идеально подходящем для электронных схем компьютера.
И все же, пожалуй, ни одна другая машина в истории непривнесла в наш мир столь быстрых и глубоких изменений. Благодаря компьютерамстали возможными такие знаменательные достижения, как посадка аппаратов наповерхность Луны и исследование планет Солнечной системы. Компьютеры создаюттысячи удобств и услуг в нашей повседневной жизни. Они управляют анестезионнойаппаратурой в операционных, помогают детям учиться в школах, «изобретают»видеотрюки для кинематографа. Компьютеры взяли на себя функции пишущих машинокв редакциях газет и счетных аппаратов в банках. Они улучшают качествотелевизионного изображения, управляют телефонными станциями и определяют ценупокупок в кассе универсального магазина. Иными словами, они столь прочно вошлив современную жизнь, что обойтись без них практически невозможно.
Именно поэтому важно знать основные принципы работы иустройства компьютера и его основных составных. Именно эти цели дляисследования я преследовал в своем реферате.
Магистрально-модульный принцип построения компьютера
/>
Воснову архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульныйпринцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужнуюему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульнаяорганизация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обменаинформацией между устройствами. Магистраль включает в себя три многоразрядныешины: шину данных, шину адреса и шину управления.
Шинаданных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Разрядностьшины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичныхразрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. За 25 лет, со временисоздания первого персонального компьютера (1975 г), разрядность шины данныхувеличилась с 8 до 64 бит.
Шинаадреса. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается поадресной шине. Разрядность шины адреса определяет адресное пространствопроцессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметьуникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать поформуле:
N=2I, где I — разрядность шины адреса.
Впервых персональных компьютерах разрядность шины адреса составляла 16 бит, аколичество адресуемых ячеек памяти — /> В современных персональных компьютерах разрядность шиныадреса составляет 32 бита, а максимально возможное количество адресуемых ячеекпамяти равно N=232=4 294 967296
Шинауправления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обменаинформацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию — считываниеили запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обменинформацией между устройствами и т.д.
Структураперсонального компьютера
Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью еесвойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяетсяструктуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить наосновные и дополнительные.
Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка ихранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительныефункции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечиваютэффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названныефункции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программныхсредств.
Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающаясостав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Персональный компьютер-это настольная или переносная ЭВМ,удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.
Достоинствами ПК являются:
малая стоимость, находящаяся в пределах доступности дляиндивидуального покупателя;
автономность эксплуатации без специальных требований кусловиям окружающей среды;
гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность кразнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;
«дружественность» операционной системы и прочегопрограммного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователябез специальной профессиональной подготовки;
высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ).
Рассмотрим состав и назначение основных блоков ПК.
Микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК,предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполненияарифметических и логических операций над информацией.
В состав микропроцессора входят:
устройство управления (УУ) — формирует и подает во все блокимашины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющиеимпульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатамипредыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемойоперацией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорнуюпоследовательность импульсов устройство управления получает от генераторатактовых импульсов;
арифметико-логическое устройство (АЛУ) — предназначено длявыполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьнойинформацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУподключается дополнительный математический сопроцессор);
микропроцессорная память (МПП) — служит для кратковременногохарактера, записи и выдачи информации, непосредственно используемой ввычислениях в ближайшие такты работы машины, ибо основная память (ОП) не всегдаобеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую дляэффективной работы быстродействующего микропроцессор. Регистры — быстродействующиеячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину1 байт и более низкое быстродействие);
интерфейсная система микропроцессора — реализует сопряжениеи связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП,буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) исистемной шиной. Интерфейс (interface) — совокупность средств сопряжения исвязи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Портввода-вывода (I/O — Input/Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющаяподключить к микропроцессору другое устройство ПК.
/>
Генератор тактовых импульсов. Он генерируетпоследовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсовопределяет тактовую частоту машины.
Промежуток времени между соседними импульсами определяетвремя одного такта работы машины или просто такт работы машины.
Частота генератора тактовых импульсов является одной изосновных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скоростьего работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количествотактов.
Системная шина. Это основная интерфейсная системакомпьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает в себя:
кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемысопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинногослова) операнда;
кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемысопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основнойпамяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемысопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во всеблоки машины;
шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения дляподключения блоков ПК к системе энергопитания.
Системная шина обеспечивает три направления передачиинформации:
между микропроцессором и основной памятью;
между микропроцессором и портами ввода-вывода внешнихустройств;
между основной памятью и портами ввода-вывода внешнихустройств (в режиме прямого доступа к памяти).
Не блоки, а точнее их порты ввода-вывода, черезсоответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шинеединообразно: Непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управлениесистемной шины осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, чточаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основныесигналы управления.
Основная память (ОП). Она предназначена для храненияи оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит двавида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) иоперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программнойи справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в неминформацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя).
ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения исчитывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей винформационно — вычислительном — процессе, выполняемом ПК в текущий периодвремени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокоебыстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямойадресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отменитьневозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).
Внешняя память. Она относится к внешним устройствамПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая можеткогда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памятихранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память содержитразнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными,имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (HDD)и гибких (HD) магнитных дисках.
Назначение этих накопителей — хранение больших объемовинформации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативноезапоминающее устройство. В качестве устройств внешней памяти используются такжезапоминающие устройства на магнитной дискете, накопители на оптических дисках (CD-ROM-CompactDisk Read Only, DVD, Memory-компакт-диск с памятью, только читаемой) и др.
Источник питания. Это блок, содержащий системы автономного исетевого энергопитания ПК.
Таймер. Это внутримашинные электронные часы,обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год,месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономномуисточнику питания — аккумулятору и при отключение машины от сети продолжаетработать.
Внешние устройства (ВУ). Это важнейшая составнаячасть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУиногда составляют 50-80% всего ПК. ОТ состава и характеристик ВУ во многомзависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и внародном хозяйстве в целом.
ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средойпользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны имогут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можновыделить следующие виды ВУ:
внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
диалоговые средства пользователя;
устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
средства связи и телекоммуникации.
Диалоговые средства пользователя включают в свой составвидеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой)и устройства речевого ввода-вывода информации.
Видеомонитор (дисплей) — устройство для отображения вводимойи выводимой из ПК информации.
Устройства речевого ввода-вывода относятся ксредствам мультимедиа. Устройства речевого ввода — это различные микрофонныеакустические системы, «звуковые мыши», например, со сложным программнымобеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова,идентифицировать их и закодировать.
Устройства речевого вывода — это различные синтезаторызвука, выполняющие преобразования цифровых кодов в буквы и слова,воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные ккомпьютеру.
К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура — устройство для ручного ввода числовой,текстовой и управляющей информации в ПК;
графические планшеты (диджитайзеры) — для ручного ввода графическойинформации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера);при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат егоместоположения и ввод этих координат в ПК;
сканеры — для автоматического считывания с бумажныхносителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; вустройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы послесравнения с эталонными контурами специальными программами преобразуются в кодыASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются впоследовательности двухмерных координат;
манипуляторы (устройства указания): джойстик — рычаг, мышь,трекбол-шар в оправе, световое перо и др. — для ввода графической информации наэкран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующимкодированием координат курсора и вводом их в ПК;
сенсорные экраны — для ввода отдельных элементовизображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.
К устройствам вывода информации относятся:
Принтеры — печатающие устройства для регистрации информациина бумажный носитель;
графопостроители (плоттеры) — для вывода графическойинформации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттерыбывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические,электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяютсяна планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерноодинаковые: скорость вычерчивания-100-1000 мм/с, у лучших моделей возможныцветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность ичеткость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.
Устройства связи и телекоммуникации для связи с приборами идругими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры,цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПКк каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсныеплаты, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).
Внутреннее устройство персонального компьютера
Процессор.
Центральный процессор (ЦП;англ. central processing unit, CPU, дословно — центральноевычислительное устройство) — исполнитель машинных инструкций, часть аппаратногообеспечения компьютера или программируемогологического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданныхпрограммами.
Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов),реализующих все особенности, присущие данного рода устройствам, называют микропроцессорами.С середины 1980-х последниепрактически вытеснили прочие виды ЦП, вследствие чего термин стал всё чаще ичаще восприниматься как обыкновенный синоним слова «микропроцессор». Темне менее, это не так: центральные процессорные устройства некоторых суперкомпьютеров дажесегодня представляют собой сложные комплексы больших (БИС) и сверхбольшихинтегральных схем (СБИС).
Изначально термин Центральное процессорное устройство описывалспециализированный класс логических машин, предназначенных длявыполнения сложных компьютерныхпрограмм. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциямсуществовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом былперенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры поотношению к компьютернымсистемам былоположено в 1960-егоды. Устройство, архитектура иреализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основныеисполняемые функции остались теми же, что и прежде.
Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей дляуникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее отдорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполненияодной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производителикомпьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевыхпроцессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародиласьв эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров,а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Созданиемикросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременнымуменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоровпривели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств вповседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только втаких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильныхтелефонах идаже в детских игрушках.Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимовычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (памятьпрограмм и данных, интерфейсы, порты ввода/вывода, таймеры, и др.). Современныевычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорамиперсональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят ихпоказатели. Большинство современных процессоров для персональных компьютеров вобщем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательнойобработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом. Д. фон Нейман придумалсхему постройки компьютера в 1946 году. Важнейшие этапы этого процессаприведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могутпотребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могутпотребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производитсясчитывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностьюархитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной итой же памяти.
Этапы цикла выполнения:
Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчикакоманд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;
Выставленное число является для памяти адресом; память,получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этомуадресу, на шину данных, и сообщает о готовности;
Процессор получает число с шины данных, интерпретирует егокак команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
Если последняя команда не является командой перехода,процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой командыравна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуетсяадрес следующей команды;
Снова выполняется п.1.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом(откуда и произошло название устройства).
Во время процесса процессор считывает последовательностькоманд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность командназывается программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдностьсчитывания команд изменяется в случае, если процессор считывает командуперехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другимпримером изменения процесса может служить случай получения команды останова илипереключение в режим обработки прерывания.
Команды центрального процессора являются самым нижнимуровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно ибезусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемыхдействий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобыкомпьютер выполнял только допустимые действия, команды должны бытьсоответствующим образом организованы в виде необходимой программы.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другомуопределяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы,служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсовназывается тактовой частотой. В данное время существует несколько типов архитектурыпроцессоров
CISC-процессоры.
Complex Instruction Set Computer — вычисления со сложнымнабором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборекоманд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоровIntel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешнейсистеме команд).
RISC-процессоры.
Reduced Instruction Set Computer — вычисления с сокращённымнабором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённогонабора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большогоколичества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствиемкосвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBMResearch,название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).
Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS,PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.
MISC-процессоры.
Minimum Instruction Set Computer — вычисления с минимальнымнабором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает,что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёлна задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал иперегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится настековойвычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).
Многоядерные процессоры.
Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (наодном или нескольких кристаллах).
Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционнойсистемы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированнуюреализацию мультипроцессорности.
Двухъядерность процессоров включает такие понятия, какналичие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор IntelCore Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделенона два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из четырёх физическихядер, что существенно влияет на скорость его работы.
10 сентября 2007 года были выпущены в продажу нативные (ввиде одного кристалла) четырёхъядерные процессоры для серверовAMD Opteron,имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona. 19 ноября2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMDPhenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).
27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип80-ядерного процессора. Предполагается, что массовое производство подобныхпроцессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс, аэто в свою очередь ожидается к 2010 году.
26 октября 2009 года Tilera анонсировала 100-ядерныйпроцессор широкого назначения серии TILE-Gx. Каждое процессорное ядропредставляет собой отдельный процессор с кэшем 1, 2 и 3 уровней. Ядра, память исистемная шина связаны посредством технологии Mesh Network. Процессорыпроизводятся по 40-нм нормам техпроцесса и работают на тактовой частоте 1,5 ГГц.Выпуск 100-ядерных процессоров назначен на начало 2011 года.
На данный момент массово доступны двух-, четырёх — ишестиядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65-нм ядре Conroe (позднеена 45-нм ядре Wolfdale) и Athlon 64 X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядреKentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одномкорпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший объём кэша и рабочиечастоты.
Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляячетырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерныепроцессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухъядерныхкристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник»фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставаниеот современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и болеепроцентов в зависимости от модели и конкретных задач. [источник не указан67 дней]
К 1-2 кварталу 2009 года обе компании обновили свои линейкичетырёхъядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее изтрёх моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данногопроцессора является использование трёхканального контроллера памяти (типа DDR-3)и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфическихзадач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительноповысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой сторонойплатформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость, так как дляустановки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете IntelX58 и трёхканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный моментвысокую стоимость.
Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоровPhenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объёмкэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производствопроцессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизитьтепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом, AMD Phenom IIX4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущегопоколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7. Однако,принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора,его рыночные перспективы выглядят куда более радужно, чем у предшественника.
Материнская плата.
Материнская плата (англ. motherboard, MB, такжеиспользуется название англ. mainboard — главная плата; сленг. мама,мать, материнка) — это сложная многослойная печатная плата, накоторой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральныйпроцессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллерыбазовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержитразъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключениякоторых обычно используются шины USB, PCI иPCI-Express.
Основные компоненты, установленные на материнской плате:
ЦПУ.
набор системной логики (англ. chipset) — набормикросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийныхустройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базедвух СБИС: «северного» и «южного мостов».
Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memorycontroller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ кузлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могутиспользоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport иSCI.
Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В такомслучае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типаприменённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, атакже пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но внастоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно вЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7),что упрощает функции системного контроллера.
В качестве шины для подключения графического контроллера насовременных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовалисьобщие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.
Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controllerhub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийныхустройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключенияпериферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин,к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности(LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPCиспользуется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы,обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительныхинтерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов,контроллера клавиатуры и мыши).
Как правило, северный и южный мосты реализуются в видеотдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системнойлогики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какиеустройства могут подключаться к ней.
ОЗУ
загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу послевключения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако можетсодержать и ПО, работающие в рамках EFI.
Оперативная память.
Оперативная память (также оперативное запоминающееустройство,ОЗУ) — в информатике- память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться заодну операцию (jump, move и т.п.). Предназначена для временного хранения данныхи команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативнаяпамять передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память.Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.
ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить вконструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.
На сегодня наибольшее распространение имеют два вида ОЗУ:
SRAM (Static RAM).
ОЗУ, собранное на триггерах, называется статическойпамятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинствоэтого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а времязадержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходиточень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов,входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионамина одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздобольше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должныбыть вытравлены линии связи.
DRAM (Dynamic RAM).
Более экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита илитрита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одноготранзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает,во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевленескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещаетсяодин триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов итранзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторовработает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входетриггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобыустановить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этотконденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль,соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 иболее раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьманебольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию»заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаютсяони тем быстрее, чем меньше их ёмкость. В связи с этим обстоятельством, дабы непотерять содержимое памяти, заряд конденсаторов необходимо регенерировать черезопределённый интервал времени — для восстановления. Регенерация выполняетсяпутём считывания заряда (через транзистор). Контроллер памяти периодическиприостанавливает все операции с памятью для регенерации её содержимого, чтозначительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Память наконденсаторах получила своё название Dynamic RAM (динамическая память) как разза то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамическиво времени.
Таким образом, DRAM дешевле SRAM и её плотность выше, чтопозволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше битов, нопри этом её быстродействие ниже. SRAM, наоборот, более быстрая память, но затои дороже. В связи с этим обычную память строят на модулях DRAM, а SRAMиспользуется для построения, например, кэш-памяти в микропроцессорах.
Магнитные накопители.
Дискета — портативный магнитный носительинформации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительнонебольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — конце 1990-х годов. Вместотермина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД — «гибкиймагнитный диск»(соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопительна гибких магнитных дисках»).
Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку,покрытую ферромагнитнымслоем, отсюда английское название«floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается впластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочкабывает гибкой или жёсткой. Запись и считывание дискет осуществляется с помощьюспециального устройства — дисковода гибких дисков (флоппи-дисковода).
Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредствомкоторой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.
Оптические накопители.
Компакт-диск — оптический носительинформации ввиде диска сотверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначальнокомпакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), однако внастоящее время широко используется как устройство хранения данных широкогоназначения (т. н. CD-ROM, КД-ПЗУ). Аудио-компакт-диски по формату отличаются откомпакт-дисков с данными, и CD-плееры обычно могут воспроизводить только их (накомпьютере, конечно, можно прочитать оба вида дисков). Встречаются диски,содержащие как аудиоинформацию, так и данные — их можно и послушать наCD-плеере, и прочитать на компьютере. С развитием MP3 производителибытовых CD-плееров имузыкальных центров начали снабжать их возможностью чтенияMP3-файлов с CD-ROM’ов.
Аббревиатура CD-ROM означает англ. CompactDisc Read Only Memory, что в переводе обозначает компакт-диск только свозможностью чтения. КД-ПЗУ означает «Компакт-диск, постоянноезапоминающее устройство». Название CD-ROM частоошибочно используют для обозначения приводов для чтения компакт-дисков (правильно- CD-ROM Drive, CD-привод).
DVD (ди-ви-ди, англ. Digital Versatile Disc — цифровоймногоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc — цифровойвидеодиск) — носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском,однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счётиспользования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков. DVD-привод- устройство чтения (и записи) таких носителей.
Blu-ray Disc, BD (англ. blueray — синий луч иdisc — диск) — формат оптического носителя, используемый длязаписи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости сповышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.
Blu-ray (букв. «синий-луч») получил своё названиеот использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм)«синего»(технически сине-фиолетового) лазера. Представлен на международной выставкепотребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла вянваре 2006года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошел весной 2006 года.
С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008года у Blu-ray существовал серьезный конкурент — альтернативный формат HD DVD. Втечение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживалиHD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания,выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVDв январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратиларазработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой «войнеформатов».
Заключение
Развитие электронной промышленности и компьютеростроенияосуществляется такими быстрыми темпами, что буквально через 1-2 года,сегодняшнее ”чудо техники" становится морально устаревшим. Однако принципыустройства компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитыйматематик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве ифункционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров. Ктому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает кругзадач, для решения которых он использует компьютер, а, следовательно, и 10 лет назадприобретенная ”286-я машина” исправно работающая, удовлетворяющая запросы тогоили иного специалиста является незаменимым его помощником в повседневном труде.Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о том, какое ведущееместо в жизни общества занимают в настоящее время персональные компьютеры,сфера применения которых безгранична.
Литература
1. Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. ИПП”Тивали-Стиль", 2002г.
2. Журналы ”HARD'n'SOFT” 2007-08гг.
3. FAQ по Blu-ray
4. Виктор Устинов, Хранение данных на CD — и DVD-дисках: нанаш век хватит?
5. ECMA-стандарт (аналог ISO) на диски CD-ROM
6. СкоттМюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК =Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С.499-572. — ISBN0-7897-3404-4
7. Формфакторы системных плат КомпьютерМастер, 2004 год
8. СкоттМюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-еизд. — М.: Вильямс, 2007. — С.59-241. — ISBN 0-7897-3404-4