Основные компоненты материнской платы и системного блока

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 24Следующая ⇒

Системный блок (сленг. системник) − корпус, в котором находятся основные функциональные компоненты персонального компьютера. Защищает внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживает необходимый температурный режим внутри, экранирует создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и является основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки чаще всего изготавливаются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина или органическое стекло.

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, – внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Системный блок это корпус-оболочка для жизненно важных органов компьютера, таких как:

§ Материнская (системная) плата, на которой размещаются, в частности: центральный процессор, оперативная память, карты расширения (видеоадаптер (графический адаптер), звуковая карта, сетевая плата), системная шина.

Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard − главная плата; сленг. мама, мамка, материнка) − это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров.

§ Внутри системного блока также размещаются устройства внешней памяти: жесткий диск (сленг винчестер, HDD), накопитель на гибких магнитных дисках (FDD),накопитель CD-ROM, накопитель (дисковод) DVD.

§ Кроме этого, адаптеры и контроллеры, коммуникационные порты, блок питания, система охлаждения и др.

Процессоры, их характеристика

Основные действия ПК по работе с информацией: ввод, обработка, хранение, вывод.

Обработка информации происходит в процессоре – основным элементе любого компьютера.

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) − это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Подчеркнем, что работа процессора происходит под управлением программы.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему − тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Некоторые основные характеристики процессоров:

Тактовая частота – это количество тактов (операций) процессора в секунду. Связана с частотой внутреннего тактового генератора основного микропроцессора (до 3,2 – 8[4] ГГц). Тактовая частота устанавливает минимальный промежуток времени (такт), за который процессор выполняет некоторое элементарное действие.[5] Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB). Чем выше тактовая частота (меньше промежуток времени), тем быстрее работает центральный процессор. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку помимо частоты на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L2), наличие специальных инструкций и др.;

Внутренняя разрядность данных – количество бит, одновременно обрабатываемое внутри ЦПУ (16, 32, 64). AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel Xeon 64 и прочие. Процессоры с поддержкой 64-битной адресации работают с оперативной памятью свыше 4 Гб, что недоступно традиционным 32-битным процессорам. Для использования преимуществ 64-битных процессоров необходимо, чтобы ваша операционная система была адаптирована к ним.

Технологический процесс производства ( техпроцесс ), степень интеграции чипа – это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов (транзисторов), составляющих основу внутренних цепей процессора.

Производители вынуждены уменьшать нормы производства процессоров ещё и для того, чтобы снизить тепловыделение процессора. Простому пользователю не стоит заострять на этом особое внимание, но следует знать: чем меньше тех. процесс (и подаваемое на ЦП напряжение), тем меньше нагрев процессора. При более тонком тех. процессе, можно будет выпускать процессоры с более высокой частотой (и производительностью), не выходя за рамки раннее установленных тепловых границ.

Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров. В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см) вставляющегося в zif-сокет. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. Модуль электронной памяти (Intel, 2007 г.) размером с ноготь содержит 1 млрд. транзисторов, имеющих в поперечнике по 45 нм (1 нм = 10^‑9 м = 10^{-6 мм), что примерно в тысячу раз меньше размеров эритроцита − клетки крови человека.} Корпорация Intel (2008 г.) первой выпустила микропроцессор с более чем 2 млрд. транзисторов, чип создан по 65-нанометровой технологии..

Компания Intel обнародовала, что первые образцы процессоров с кодовым именем Broadwell, созданных по 14 нм технологии, созданы в её тестовых лабораториях и запланированы к запуску на 2014 год.

Адресация памяти – размер поддерживаемой памяти (до 4 Гб). Максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить, называется адресным пространством процессора и является важной характеристикой компьютера. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины.

Частота системной шины (до 4 ГГц) Шина, соединяющая процессор с другими важнейшими компонентами компьютера, такими как контроллер-концентратор памяти. Частота системной шины измеряется в ГГц или МГц.

Объем кэш-памяти (L1 до 512 Кб, L2 до 12Мб). Область временной памяти, в которой размещаются часто используемые или недавно использованные данные. Хранение определенных данных в кэш-памяти повышает производительность компьютера. Объем кэш-памяти измеряется в мегабайтах (МБ) или килобайтах (КБ).

Количество ядер (до16). Многоядерный процессор − центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле. Ядро - это главная часть центрального процессора, которая определяет большинство его параметров, прежде всего - тип сокета (гнезда, в которое вставляется процессор), диапазон рабочих частот процессора и частоту работы внутренней шины передачи данных (FSB).

AMD: в 2011 г. выпускает еще более мощный процессор Interlagos, который будет работать на базе системной архитектуры Bulldozer. Эти процессоры будут насчитывать от 12 до 16 ядер.

Самый первый процессор выпущен фирмой Intel в 1971 г.: Intel 4004 (108 КГц, 4‑разрядный, техпроцесс (нм) 10.000 (10 мкм), 2,3 тыс. транзисторов (S процессора <100 мм²), адресуемая память 640 байт). Intel: процессоры Pentium, Celeron, Merced, Core, Xeon и др. Этот революционный микропроцессор, имеющий размеры 1/8 дюйма на 1/6 дюйма (размер ногтя), имел такую же вычислительную мощность, как первый электронный компьютер ENIAC*, созданный в 1946 году, занимавший целую комнату и использовавший 18000 вакуумных трубок.

Фирмы-конкуренты: AMD (AMD-K6, К 7, Hammer, Duron, Athlon, Opteron, Sempron, Athlon 64 Х 2 и др.).и Cyrix, влившаяся в тайваньскую компанию VIA Technologies.

Рыночная доля Intel в 2010 году составила около 81%, AMD – 11,4%.

IBM, Sony и Toshiba совместно разработали процессор Cell: содержит в себе 9 ядер, одно из которых является управляющим и распределяет нагрузку между остальными восемью, которые и составляют основную вычислительную мощь Cell. Управляющее и «присоединенные» ядра принципиально различаются и по архитектуре, и по вычислительной мощности, и по выполняемым задачам, а в сумме они обеспечивают процессору просто феноменальную производительность.

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры − в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).

2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

3. Молекулярные компьютеры − вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Память ПК

Хранением информации занимаются несколько разнотипных устройств. Различают два основных вида памяти − внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory − память с произвольным доступом) −это быстрое энергозависимое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Основной движущей силой развития памяти было развитие компьютеров и центральных процессоров. Постоянно требовалось увеличение быстродействия и объёма оперативной памяти.

На сегодня наибольшее распространение имеют два вида ОЗУ: статическая память (SRAM) и динамическая память (DRAM). Некоторые типы DRAM: пакетная память EDO RAM, Video RAM, с удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM (DDR2, DDR3),

Поскольку, основополагающим требованием для оперативной памяти является ее объем (современные модули памяти имеют объем в несколько Гб), то динамическая память оказалась предпочтительней, несмотря на то, что она работает медленнее и имеет сложную схему управляющего контроллера.

Статическая память нашла свое применение в кэш-памяти, которая располагается непосредственно на кристалле центрального процессора, имеет невысокий объем (десятки-сотни Кб), но очень высокое быстродействие, соизмеримое с быстродействием самого процессора.

Объем модулей ОЗУ обычно составляет от 1 до 6 Гб.

На материнской плате, как правил, есть несколько разъемов для модулей памяти, что предполагает возможность наращивания объема оперативной памяти. Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем − (512 Мбайт, 1-6 Гб), число микросхем, паспортная частота (до 2000 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 144, 168, 184 или 214).

Кэш (англ. cache [6] ), или сверхоперативная память − очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, потому что в настоящее время тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты ЦП. Тактовая частота для кэш-памяти обычно не намного меньше частоты ЦП.

Кэш разделен на несколько уровней (до 3 для универсальных процессоров). Самой быстрой памятью является кэш-память первого уровня (она же L1-cache), по сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков, без неё процессор не сможет функционировать. Объём L1 обычно невелик − до 512 Кб. Второй по быстродействию является L2 (в отличие от L1 её можно отключить с сохранением работоспособности процессора), кэш второго уровня, она обычно расположена либо на кристалле, как и L1, либо в непосредственной близости от ядра, например, в процессорном картридже (только в слотовых процессорах), в старых процессорах её располагали на системной плате. Объём L2 побольше − от 128 Кб до 1−12 Мб (в конце 2011 г.). Кэш третьего (L3) уровня наименее быстродействующий и обычно расположен отдельно от ядра ЦП, но он может быть очень внушительного размера (24 Мб) и всё равно значительно быстрее чем оперативная память.

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память ПЗУ (ROM), ППЗУ перепрограммируемая постоянная память, флэш-память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory − память только для чтения) − энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS– Basic Input-Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. Объем ПЗУ значительно меньше, чем ОЗУ, не превышает несколько сотен Кбайт. Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь современные технологии позволяют обновлять его, даже не извлекая из компьютерной платы. Помимо этих программ в BIOS содержится программа тестирования - POST (Power ON Self Test), выполняющаяся каждый раз при запуске компьютера. POST проверяет общую исправность основных устройств компьютера. В случае успешного выполнения теста выполняется программа начальной загрузки, также находящаяся в BIOS. Программа начальной загрузки выполняет загрузку операционной системы с соответствующего накопителя. Накопитель, с которого должна загружаться операционная система, указывается в установках конфигурации

Отличия ОЗУ и ПЗУ :

· В ОЗУ процессор записывает информацию и считывает. При выключении компьютера информация в ОЗУ стирается.

· В ПЗУ процессор не может записывать информацию. ПЗУ предназначено только для чтения информации, записанной на заводе-изготовителе. При выключении компьютера информация сохраняется.

Программируемое ПЗУ (ППЗУ) отличается от обычного ПЗУ тем, что информация на этой микросхеме может стираться специальными методами (например, лучами ультрафиолета), после чего пользователь может повторно записать на нее информацию.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) − энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

Флэш-память является энергонезависимой памятью, (как и ПЗУ и ППЗУ). При выключении компьютера ее содержимое сохраняется. Однако содержимое flash-памяти можнр многократно перезаписывать, не вынимая ее из компьютера (в отличие от ППЗУ). Запись происходит медленнее, чем считывание, и осуществляется импульсами повышенного напряжения.

Средствами BIOS нельзя предусмотреть все многообразие устройств персонального компьютера. (Например, параметры HDD заранее неизвестны программе обслуживания диска в BIOS.) Значит, необходимо наличие дополнительного устройства памяти, в котором будут и храниться параметры устройств, входящих в состав данного ПК при отключении питания. Такое устройство называется CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, комплементарная структура «металл-окисел-полупроводник»). Это микросхема полупроводниковой памяти с очень низким потреблением электроэнергии, в ПК она питается от маленькой батареи и называется памятью CMOS. В CMOS как раз и хранятся данные о стандартных устройствах, образующих конфигурацию ПК. Эта память не может быть ни оперативной (иначе она стиралась бы), ни постоянной (иначе в нее нельзя было бы вводить данные с клавиатуры). Для сохранения информации после выключения питания в микро схеме CMOS-памяти используется никель-кадмиевый аккумулятор, который размещается в непосредственной близости от микросхемы CMOS и во время работы компьютера постоянно заряжается. Срок работы такого аккумулятора обычно составляет 10 лет. Как правило, за это время компьютер (в частности материнская плата) морально устаревает, и необходимость замены питающего элемента теряет смысл.

Видеопамять (Video RAM, VRAM) −разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам − процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя память

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ (ВЗУ) – это энергонезависимая память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации.

В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Физически внешняя память реализована в виде накопителей.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для продолжительного (что не зависит от электропитания) хранения больших объемов информации. Емкость накопителей в сотни раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями. Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители с сменными и постоянными носителями.

Привод – это объединение механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя.

Носитель – это физическая среда хранения информации.

По внешнему виду может быть дисковым, полупроводниковым или ленточным. По принципу запоминания различают магнитные, оптические, магнитооптические и полупроводниковые носители. Ленточные носители могут быть лишь магнитными, в дисковых носителях используют магнитные, магнитооптические и оптические методы записи-считывания информации.

В состав внешней памяти компьютера входят:

· накопители на жёстких магнитных дисках (винчестер, HDD). Это самый быстрый представитель дисковой памяти. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность (скоростью внутренней передачи данных и средним временем доступа). Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет), их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск. В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками, например устройства Iomega Zip и Jaz (от 100 Мб до 1 Гб). (к сентябрю 2011 г. ёмкость стандартного HDD достигает 4 Тб[7] и приближается к 5 Тб, а в случае с ноутбуками - 1 Тб).)

G-Technology представила свои первые внешние жесткие диски объемом 4 Тб и 8 Тб. .

· накопители на гибких магнитных дисках (FDD [8]). Основными параметрами дискет считают физический размер (в дюймах), качество (плотность записи, маркировка HD, 2HD) и объем (емкость). За время эволюции размер гибкого магнитного диска (дискеты) сократился с 8 до 3,5", а объем вырос с 80 до 1440 Кбайт. В последнее время появились 3"-дискеты (до 3 Гб). Они изготавливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.

Изображение дискеты стало самым распространенным символом для обозначения компьютерной команды "сохранить" и ее можно увидеть в абсолютном большинстве компьютерных программ. С каждым годом все больше производителей компьютеров отказываются от размещения привода для дискет в своих изделиях, а розничные сети постепенно выводят такие диски из своего ассортимента.

Но, возможно, слухи о кончине этого формата сильно преувеличены. Так, в последние несколько лет хитом продаж Sony неизменно становились внешние дисководы для 3,5-дюймовых флоппи-дисков, подключаемые к компьютеру по USB-кабелю.

Дискеты также используются в звуковом и световом оборудовании, которое устанавливается в концертных залах, в Английской национальной опере, например. Также специфические дисководы можно встретить в научных лабораториях.

Однако необходимость замены дискет для таких не слишком распространенных устройств никак не может объяснить факта продаж миллиона флоппи-дисков в одной только Великобритании.

Возможно, ответ довольно прост - в мире остается еще много старых компьютеров, которые не "читают" другие диски, а их владельцы совсем не гонятся за техническими новшествами и довольствуются имеющимся.

Однако, даже в 2011, дискета (обычно 3,5") и соответствующий дисковод могут пригодиться, чтобы "перепрошить" флэш-память BIOS многих материнских плат, например, Giabyte.

· накопители на компакт-дисках (СD-ROM, DVD). Оптические диски. (CD – 1971 г. Джеймс Рассел, 1979 Sony+Philips CD компакт-диск. CD-R 1988, CD-RW 1997, DVD 1997, DVD-RAM 1999). Основным параметром дисковода CD-ROM является скорость чтения данных. По быстродействию накопители CD-ROM заметно уступают HDD. 650 Мб CD, до 17 Гб DVD. Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 Гб. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 320 Гб с использованием 10 слоёв. Американские ученые разработали технологию, которая позволит увеличить емкость дисков Blu-ray до 1 Тб.

· накопители на магнито-оптических компакт-дисках (CD-МО), магнитооптическая память. Позволяет многократно записывать и стирать информацию. Появились в 1988 г., до CD-R, заменители магнитным лентам, свое оборудование, ПО и т.п., плохо совместимое и не очень стандартизированное. В настоящее время почти отсутствуют на рынке. Скорость доступа - почти такая же, как у винчестера, надежность хранения чрезвычайно высока, до 3 Гб.3,5" – 230 Мб, 5,25" – 1,3 Гб.

· накопители на магнитной ленте (стримеры) Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных (Online-информац. системы, мэйнфреймы, серверы Интернета, корпоративные сети…). Емкость от 60 Гб ло 1 Тб; DLT– многоканальная запись до 4 Тб. В конце 2010 г. компаниями IBM Research и FujiFilm представлена технология, позволяющая записывать до 35 Тб данных на ленточном картридже.

Технология хранения данных на магнитной ленте в ходе развития вычислительной техники претерпела значительные изменения, и в разные периоды характеризовалась различными потребительскими свойствами. Использование современных стримеров имеет следующие отличительные черты.

Достоинства:

- большая ёмкость;

- низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;

- стабильность работы;

- надёжность;

- низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.

Недостатки:

- низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);

- сравнительно высокая стоимость накопителя.

· флэш-память , флэш-карты (USB flash Drive, накопитель на флэш-памяти с интерфейсом USB, от 32 МБ до 256 Гб) В июле 2009 г. компания Kingston Technology выпустила первую в мире флэш-карту с объемом памяти в 256 гигабайт. Стоимость флэшки составляла почти 566 фунтов стерлингов (более 930 долларов)

· голографическиймногоцелевой диск (HVD, Holographic Versatile Disc). Технология производства оптических дисков, значительное увеличение объёма хранимых данных по сравнению с Blu-Ray и HD DVD. Она использует технологию, известную как голография, которая использует два лазера: один − красный, а второй − зелёный, коллимирующие в один луч. Емкость нового носителя (2011 г.) достигает 1,6 Тб, перспективы – до 100 Тб.

· Universal Media Disc (UMD) − оптический накопитель (разработанный Sony для использования в PlayStation Portable). До 1,8 Гб данных (компьютерные игры, фильмы, музыку, фотографии или графические изображения и их произвольные сочетания).

· ZIP-диски . Iomega Zip и Jaz (от 100 Мб до 1 Гб).

· SSD-накопители, твердотельные накопители (без движ. частей, до 1 Тб). В отличие от жестких дисков с магнитными пластинами внутри, SSD-накопители базируются на флеш-модулях, не имеющих движущихся частей и осуществляющих доступ к записанным данным в 8-10 раз быстрее, чем жесткие диски. Кроме того, SSD-накопители менее подвержены повреждениям и потребляют меньше электроэнергии. Оборотной стороной этих преимуществ является невысокая емкость накопителей и их высокая цена.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!