Тема 2. ОБЧИСЛЮВАЛЬНА ТЕХНІКА. Питання 4. Персональні комп'ютери

  1. 2.4.1 Класифікація персональних комп'ютерів
  2. 2.4.2 Типовий комплект персонального комп'ютера
  3. 2.4.3 Структурна схема ПК. Внутрішні пристрої ПК
  4. 2.4.4 Зовнішні пристрої ПК
  5. 2.4.5 Ієрархія пам'яті ПК
  6. 2.4.6 Конфігурація ПК
  7. 2.4.6 Параметри, що впливають на продуктивність ПК
  8. швидкодія мікропроцесора - визначається тактовою частотою ГТВ;

Тема 2

Тема 2. ОБЧИСЛЮВАЛЬНА ТЕХНІКА

Питання 4. Персональні комп'ютери

2.4.1 Класифікація персональних комп'ютерів

Як зазначалося вище, персональний комп'ютер являє собою універсальну однопользовательськую мікроЕОМ.

Персональний комп'ютер (ПК) в першу чергу є загальнодоступною ЕОМ і має певну універсальність.

У загальному випадку, для задоволення потреб користувача ПК повинен мати наступні властивості:

· Мати відносно невелику вартість, що знаходиться в межах доступності для індивідуального покупця;

· Забезпечувати автономність експлуатації без спеціальних вимог до умов навколишнього середовища;

· Забезпечувати гнучкість архітектури, що робить можливим її перебудову для різноманітних застосувань у сфері управління, науки, освіти, в побуті;

· Операційна система і програмне забезпечення повинно бути досить простим, щоб з ПК міг працювати користувач без професійної спеціальної підготовки;

· Високу надійність роботи (більше 5000 год напрацювання на відмову).

Відповідно до міжнародного стандарту-специфікацією PC99 ПК за призначенням поділяються на такі категорії:

1. масовий ПК (Consumer);

2. ділової ПК (Office PC);

3. портативний ПК (Mobile PC);

4. робоча станція (Workstation PC);

5. розважальний ПК (Entertainment PC).

Більшість ПК, присутніх в даний час на ринку, потрапляють в категорію масових ПК. Для ділових ПК мінімізовані вимоги до засобів відтворення графіки, а до засобів роботи зі звуковими даними вимоги взагалі не пред'являються. Для портативних ПК обов'язковим є наявність коштів для створення з'єднань віддаленого доступу, тобто засобів комп'ютерного зв'язку. У категорії робочих станцій підвищені вимоги до пристроїв зберігання даних, а в категорії розважальних ПК - до засобів відтворення звуку і відео.

За поколінням ПК підрозділяються:

· ПК 1-го покоління - використовують 8-бітові мікропроцесори;

· ПК 2-го покоління - використовують 16-бітові мікропроцесори;

· ПК 3-го покоління.-Використовують 32-бітові мікропроцесори;

· ПК 4-го покоління - використовують 64-бітові мікропроцесори.

ПК можна також розділити на дві великі групи: стаціонарні і переносні. До переносним комп'ютерам відносяться ноутбуки, електронні записники, секретарі та блокноти.

2.4.2 Типовий комплект персонального комп'ютера

Відповідно структурою ЕОМ Джона фон Неймана (Рис.2.1.) Типовий комплект ПК повинен забезпечувати функціонування основних структурних складових.

Конструктивно типовий комплект складається з системного блоку, монітора, клавіатури, миші і друкувального пристрою (принтера).

Усередині системного блоку знаходяться два з трьох (див. П. 2.3.) Основних структурних складових: процесор і пам'ять.

Системний блок включає:

1) системну (материнську) плату, де розташовані процесор, оперативна і постійна пам'ять, які виконані у вигляді великих інтегральних мікросхем (ВІС). Крім них на системній платі розташовані генератор тактових імпульсів (ГТВ) і спеціальні перемикачі, які необхідні для забезпечення роботи комп'ютера при обраному складі зовнішніх пристроїв.

2) адаптери, контролери та порти - пристрої, що забезпечують зв'язок з зовнішніми пристроями;

3) накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД), на гнучких магнітних дисках (НГМД), на оптичних дисках (НОД);

4) блок живлення.

Примітка. Конструктивно адаптери, контролери можуть розташовуватися безпосередньо на системній платі.

Монітор, клавіатура, миша і принтер є базовими пристроями введення / виводу, що забезпечують мінімально необхідні функції ПК.

За допомогою клавіатури користувачем в ПК вводиться символьно-цифрова інформація.

Монітор (екран) служить для відображення інформації в зручному для користувача вигляді. Монітори в даний час поділяються на монітори з електронно-променевою трубкою і рідко кристальні монітори. Розміри моніторів вимірюються в дюймах (||) по діагоналі. Стандартними є 14 ||, 15 ||, 17 ||, 19 ||, 22 || - монітори. Крім розмірів найважливішою характеристикою монітора є частота оновлення. Чим вище частота оновлення, тим краще якість зображення. Сучасні монітори працюють на частоті 75, 85, 100 або 120 Гц. Найкращим якістю відрізняються монітори фірм LG і Samsung.

Миша дозволяє в графічному середовищі WINDOWS здійснювати управління курсором на екрані монітора, а також запускати виконання команд і програм. Миші бувають механічні і оптичні.

За допомогою принтера здійснюється висновок інформації на паперові носії. Залежно від способу і принципу друку принтери поділяються на лазерні, струменеві (чорнильні) і матричні (голчасті). Найбільш поширеними в даний час на ринку є принтери фірм Hewlett - Packard, Epson, L exmark, Xerox.

2.4.3 Структурна схема ПК. Внутрішні пристрої ПК

Структурна схема ПК представлена ​​на рис. 2.2.

Мікропроцесор (МП) є основним елементом ПК і призначений для управління роботою всього ПК, а також для виконання арифметичних і логічних операцій. В даний час найбільш поширеними моделями є мікропроцесори Pentium, Celeron фірми Intel і Athlon фірми AMD. До складу мікропроцесора входять:

· Арифметико-логічний пристрій (АЛП) призначено для виконання всіх арифметичних і логічних операцій над числовою і символьної інформацією (в деяких моделях ПК для прискорення виконання операцій до АЛП підключається додатковий математичний співпроцесор);

· Регістри загального призначення (РОН) - це швидкодіючі комірки пам'яті, що використовуються в основному як різні лічильники та покажчики на адресний простір ПК. В сучасних мікропроцесорах є шістнадцять 64-х бітних регістрів загального призначення. Звернення до регістрів дозволяє значно збільшити швидкодію виконуваної програми;

· Кеш-пам'ять - блок високошвидкісної пам'яті, в яку копіюються дані, витягнуті з оперативної пам'яті. Таке збереження основних команд дозволяє підвищити продуктивність процесора. Сучасні мікропроцесори мають кеш-пам'ять першого (L1) і другого (L2) рівнів. Кеш-пам'ять першого рівня (L1), як правило, має обсяг 128 Кбайт, ємність кеш пам'яті другого рівня досягає 1 Мбайта;

· Пристрій управління (УУ) формує і подає в усі елементи ПК в потрібні моменти часу певні сигнали управління (керуючі імпульси), обумовлені специфікою виконуваної операції і результатами попередніх операцій;

схеми управління шиною

реалізують сполучення й зв'язок з іншими пристроями ПК через системну шину

Системна шина забезпечує сполучення й зв'язок всіх пристроїв ПК між собою. Системна шина забезпечує передачу інформації між усіма пристроями системного блоку. Сучасні системні шини мають розрядність 64 біта і тактову частоту до 800 МГц.

Генератор тактових імпульсів (ГТВ) генерує послідовність електричних імпульсів. Проміжок часу між сусідніми імпульсами визначає час одного такту роботи машини або просто такт роботи машини. Частота генератора тактових імпульсів є однією з основних характеристик ПК і багато в чому визначає швидкість його роботи, так як кожна операція в машині виконується за певну кількість тактів. Сучасні ПК мають тактову частоту до 3,6 ГГц.

Внутрішня пам'ять призначена для зберігання та обміну інформацією. Внутрішня пам'ять містить два види запам'ятовуючих пристроїв:

· Оперативний пристрій (ОЗУ, RAM - random access memory) - призначений для оперативного запису, зберігання і зчитування інформації (програм і даних), безпосередньо бере участь в інформаційно-обчислювальному процесі, що виконується ПК в поточний період часу. Головними перевагами оперативної пам'яті є її висока швидкодія і можливість звертання до кожної комірки пам'яті окремо (прямий адресний доступ до осередку). Як недолік ОЗУ слід скасувати неможливість збереження інформації в ній після вимикання харчування машини (енергозалежність). Сучасні ПК має ОЗУ об'ємом 128 або 256 Мбайт.

Відеоадаптери (відеокарти) призначені для підключення монітора до комп'ютера. Фізично вони здійснюють формування сигналу для відображення на дисплеї даних і синхронізуючими сигналами -горизонтальна і (рядкової) і вертикальної (кадрової) розгортки. В даний час широко використовується стандарт SVGA (Super Video Graphics Array). Відеотехніка, що підтримує стандарт SVGA, здатні відображати до 16,8 мільйонів кольорів і забезпечують максимально якісне зображення, наближене до натурального кольору.

Контролери НЖМД, НГМД і НОД є спеціалізовані пристрої, що забезпечують підключення та функціонування накопичувача на жорстких магнітних диска (НЖМД - «вінчестер»), накопичувача на гнучких магнітних дисках (НГМД- дискета) і накопичувача на оптичних дисках (CD-диск) відповідно.

Мережевий адаптер (мережева плата) є пристроєм для підключення ПК до локальної комп'ютерної мережі. Найбільш поширеними в даний час є мережеві адаптери, що функціонують на основі технології Ethernet і Fast Ethernet і забезпечують швидкості передачі даних 10 і 100 Мбіт / с відповідно.

Порти (інтерфейси) представляють собою сукупність програмних і апаратних засобів для підключення зовнішніх пристроїв. Конструктивно порти на системному блоці є стандартні роз'єми. Паралельні порти (LPT) дозволяє передавати за один такт цілий байт інформації і застосовується для швидкого зв'язку на невеликих відстанях. Послідовні порти (COM) за один такт передають один біт і, в загальному випадку, працює повільніше, але дозволяє передавати дані на великі відстані. Слід, однак, відзначити, що сучасні послідовні порти типу USB і IEEE1394 перевершують за швидкістю паралельні, і тому витісняють останні. Спеціальні порти служать для підключення клавіатури, мікрофону і динаміків (для управління останніми використовується з Вуков карта - мультимедійний пристрій, що дозволяє відтворювати музику і виразну людську мову). Ігровий порт служить для підключення спеціального механічного пристрою джойстика, використовуваного в комп'ютерних іграх.

Слоти розширення являють собою порожні роз'єми на системній платі, куди можуть вставлятися додаткові внутрішні пристрої.

2.4.4 Зовнішні пристрої ПК

Зовнішні пристрої ПК забезпечують взаємодію машини з навколишнім середовищем користувачами, об'єктами управління та іншими ЕОМ. Зовнішні пристрої вельми різноманітні і можуть бути класифіковані за низкою ознак. Зокрема за призначенням можна виділити наступні види зовнішніх пристроїв:

· Зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ВЗУ) або зовнішня пам'ять ПК;

· Діалогові засоби користувача;

· Пристрої введення інформації;

· Пристрої виведення інформації;

Деякі зовнішні пристрої (монітор, принтер, клавіатура, миша) були коротко описані в розділ 2.4.2 і є типовими зовнішніми пристроями. Слід також зазначити, що номенклатура зовнішніх пристроїв весь час змінюється, і це пов'язано з постійними спробами спростити процес спілкування людини з машиною.

Серед найбільш поширених в даний час зовнішніх пристроїв ПК відзначимо сканер, модем, плоттер і стример.

Сканер призначений для зчитування з паперових носіїв і введення в ПК машинописних текстів, графіків, малюнків, креслень. Сканери можна класифікувати за рядом ознак: за способом використання (ручні, планшетні, пакетної обробки); по швидкості обробки (кількість аркушів за хвилину); методу сканування (однопрохідні и й, двопрохідні и й), по роздільної здатності (величина dpi - кількість точок на дюйм) тощо Сканери, як правило, дозволяють представляти інформацію як в текстовому режимі з розпізнаванням символів, так і в графічному вигляді. Найбільш поширеними на ринку є сканери фірм XEROX, RICOH.

Модем служить для підключення ПК до глобальної комп'ютерної мережі Інтернет по телефонних лініях зв'язку. Модеми перетворять цифровий сигнал в аналоговий за допомогою методів аналогової модуляції. Залежно від режимів роботи різні модеми забезпечують різні швидкості передачі даних: від 1,2 Кбіт / с до 56,0 Кбіт / с. Найбільш популярними модемами для ПК в даний час є модеми фірм 3Com і ZyXEL.

Плоттер (графічний пристрій) призначений для виведення графічної інформації (графіків, креслень, малюнків) на паперовий носій. Плоттери бувають векторні з кресленням зображення за допомогою пера, фломастера або олівця і растрові: термографічні, електростатичні, струменеві і лазерні. Конструктивно плоттери поділяються на планшетні і барабанні. Основні характеристиками плотерів є: швидкість креслення (100-1000 мм / с); можливість кольорового зображення і передача півтонів; роздільна здатність і чіткість зображення. Лідерами на ринку плотерів є фірми Hewlett Packard і Canon.

Стример (накопичувач на магнітній стрічці) - це пристрій, який застосовується для операцій резервного копіювання та архівування даних вінчестера на магнітну стрічку. Таке копіювання відбувається, як правило, в екстремальних ситуаціях, коли необхідно дуже швидко зберегти важливу інформацію з НЖМД. Всі файли, розміщені на змінній касеті, будуть зберігатися без будь-яких втрат незалежно від того, включений комп'ютер чи ні. В якості носіїв інформації застосовуються змінні касети різного розміру з магнітною стрічкою. Ємність таких касет становить від 40 Мбайт до 13 Гбайт, швидкість передачі даних - від 2 до 9 Мбайт в хвилину, довжина стрічки - від 63,5 до 230 м, кількість доріжок - від 20 до 144. Основними виробниками стримеров є фірми IBM, HPQ , Dell і Tandberg.

2.4.5 Ієрархія пам'яті ПК

Пам'ять ПК - це сукупність окремих пристроїв, які запам'ятовують, зберігають і видають інформацію. Окремі пристрої пам'яті називаються пристроями, що запам'ятовують (ЗУ). Продуктивність ПК багато в чому залежить від складу і характеристик запам'ятовуючих пристроїв, які в свою чергу розрізняються принципом дії та призначенням. Основними операціями з пам'яттю є процедури запису і зчитування (вибірки). Загальна назва зазначених процедур носить назву звернення до пам'яті. Основні характеристики пам'яті - це ємність і швидкодія (час звернення до пам'яті).

Ємність ЗУ вимірюється в байтах (1байт = 8 Біт), кілобайт (1 Кбайт = 210 Байт), Мегабайтах (1Мбайт = 210 Кбайт), Гігабайта (1Гбайт = 210 Мбайт), терабайт (1Тбайт = 210 Гбайт).

Швидкодія вимірюється в секундах і в даний час знаходиться в межах від 10 -2 до 10 -9 секунд в залежності від способу доступу до інформації.

За способом доступу до що зберігається в них інформації ЗУ діляться на: ЗУ з довільним, прямим і послідовним доступом.

У ЗУ з довільним доступом час звернення не залежить від місця знаходження даних. Такий доступ реалізований в регістрах загального призначення, КЕШ-пам'яті і внутрішньої пам'яті ПК.

Носій інформації в ЗУ з прямим доступом безперервно обертається, в результаті дані доступні через деякий фіксований проміжок часу. До ЗУ з прямим доступом відносяться НЖМД, НМГД, НСД.

ЗУ з послідовним доступом, перш ніж знайти необхідні дані, «переглядає» всі попередні ділянки пам'яті. Послідовний доступ реалізована в ЗУ, що використовують магнітну стрічку, наприклад, в стримерах.

Слід зазначити, що вимоги, що пред'являються до ємності і швидкодії ЗУ, є взаємно суперечливими з точки зору технічної реалізації. Тому для ефективного функціонування в ПК пам'ять будується за ієрархічним принципом, де на різних рівнях ієрархії знаходяться ЗУ, що володіють різними характеристиками. Ієрархічна структура пам'яті ПК представлена ​​на рис. 2.3.

При русі від 1-го до 3-го рівня ієрархії швидкодію ЗУ зменшується, а ємність збільшується.

Ієрархічна організація пам'яті дозволяє підвищити продуктивність ПК і надати користувачеві практично необмежену ємність пам'яті.

Призначення і основні характеристики ЗУ 1-го рівня були описані в пункті 2.4.3. Розглянемо 2-й і 3-й рівень ієрархії пам'яті ПК.

НЖМД (HDD - hard disk drive) в побуті називають "вінчестером". На відміну від оперативної пам'яті, жорсткий диск гарантують довготривале зберігання інформації, для чого не потрібно постійне харчування комп'ютера від зовнішнього джерела електроенергії. Для запису даних в жорстких дисках використовується магнітний шар, який покриває пластини (диски), що обертаються всередині вінчестера з величезними швидкостями. Уздовж пластин переміщаються головки читання / запису. Основними характеристика сучасних НЖМД є: ємність (до 100 Гбайт); кількість пластин (до 10 штук); середній час пошуку інформації (менше 20 мс); швидкість обертання пластин (до 15000 об / хв); вага (менше 100 г). Основними виробниками НЖМД є фірми IBM, Seegate, Toshiba, Fujitsu, Samsung.

НГМД (FDD - floppy disk drive) представляет собою Пристрій читання / запису змінніх Гнучкий дисків (флоппі-дисків, дискет). Флоппі-диски розміром 3,5 '' (89 мм) Використовують только для перенесення відносно невеликих (1,44 Мбайт) обсягів информации между комп'ютерами. Дані на гнучких дисках зберігаються подібно даними на вінчестері за тим лише винятком, що диск у флоппі-дисковод обертається з набагато меншою швидкістю і він всього один. Через недостатню герметизації дискети найчастіше виходять з ладу. Таким чином, як носій інформації флоппі-диск вкрай ненадійний і в даний час застосовується все рідше.

Таким чином, як носій інформації флоппі-диск вкрай ненадійний і в даний час застосовується все рідше

НОД є в даний час найбільш надійними і широко поширеними ЗУ зовнішньої пам'яті. Зчитування інформації з оптичного диска відбувається за рахунок реєстрації змін інтенсивності відбитого від алюмінієвого шару випромінювання малопотужного лазера. НОД поділяються на: CD - ROM (Compact Disc Read Only Memory) - компакт диск тільки для читання; CD-R (Compact Disc Recordable) - одноразово записуваний компакт диск; CD-RW (Compact Disc Rewritable) - перезаписуваний компакт-диск; DVD (Digital Versatile Disk) - універсальний цифровий диск.

Стандартний оптичний диск CD має ємність порядку 650-800 Мбайт, ємність DVD диск сягає від 4,7 до 17 Гбайт.

Архівна пам'ять ПК призначена для тривалого і надійного зберігання програм і даних. Як видно з малюнка 2.3 зберігати інформацію можна на дискетах, оптичних дисках, знімних НЖМД, магнітній стрічці і флеш-пам'яті. Оскільки троє перших носіїв інформації описані вище, а знімний НЖМД принципово не відрізняється від звичайного НЖМД, відзначимо основні властивості флеш-пам'яті.

Флеш-пам'ять являє собою особливий вид енергонезалежній перезаписувати напівпровідникової пам'яті. Це означає, що вона не вимагає додаткової енергії для зберігання даних (енергія потрібна тільки для запису), допускає зміну (перезапис) збережених у ній даних і не містить механічно рухомих частин (як звичайні НЖМД або НОД) і побудована на основі інтегральних мікросхем.

Інформація, записана на флеш-пам'ять, може зберігатися дуже тривалий час (кілька десятків років) і здатна витримувати значні механічні навантаження (в 5-10 разів перевищують гранично допустимі для звичайних НЖМД).

Розмір носія флеш-пам'яті становить від 20 до 40 мм в довжину, в ширину і товщина до 3 мм, ємність досягає 1Гбайт, в залежності від типу флеш-пам'яті можлива перезапис інформації від 10 тисяч до 1млн раз.

Завдяки низькому енергоспоживанню, компактності, довговічності і відносно високому швидкодії, флеш-пам'ять ідеально підходить для використання в якості накопичувача не тільки в ПК, а й в таких портативних пристроях, як цифрові фото- і відео-камери, мобільні телефони, портативні комп'ютери, MP3 -плейери, цифрові диктофони, і т.п. У найближчі роки флеш-пам'ять буде самим застосовуваним компактним накопичувачем інформації, поступово витісняючи звичні дискети.

2.4.6 Конфігурація ПК

Конфігурацією ПК називаються склад і характеристики пристроїв, що входять в даний комп'ютер. Конфігурація підбирається в залежності від завдань, які необхідно вирішувати ПК.

Конфігурація ПК може бути задана в такий спосіб:

Intel Celeron 2000, Intel Audio & Video (16-32 Mb), RAM DIMM DDR SDRAM 256 Mb, FDD 3.5 "1,44 Mb, HDD Seagate 80 GB 7200, Net 10/100 (не інтегрована), С D - ROM, ATX 300 W, PS / 2, mouse PS / 2 + scroll, Samsung 17 || (1024 x 768 x 85 Гц), HP LaserJet 1150, Epson Perfection 3200 Photo (A 4, 3200 x 6400 dpi, USB), USB flash 512 Mb.

У наведеній вище конфігурації можна виділити:

- мікропроцесор Intel Celeron з тактовою частотою 2ГГц;

- універсальну аудіо / відео карту Intel Audio & Video з пам'яттю 16-32 M байта);

- ОЗУ RAM DIMM DDR SDRAM ємністю 256 Мбайт;

- НМГД для дискет 1,44 Мбайт;

- НЖМД фірми Seagate з ємністю 80 Гбайт і швидкістю обертання 7200 об / хв;

- мережеву плату для Ethernet (10 Мбіт / сек) і Fast Ethernet (100 Мбіт / сек);

- НОД типу С D - ROM;

- корпус системного блоку типу ATX 300 W;

- клавіатуру з роз'ємом PS / 2;

- миша з прокруткою і роз'ємом PS / 2;

- монітор Samsung з розміром екрану 17 дюймів, роздільною здатністю 1024 на 768 пікселів і частотою відновлення 85 Гц;

- лазерний принтер HP LaserJet 1150;

- сканер Epson Perfection 3200 Photo, для формату А4, з роздільною здатністю 3200 x 6400 dpi, і підключається до послідовного USB - порту;

- флеш-пам'ять ємністю 512 Мбайт, що підключається до послідовного USB-порт.

Модульність, масштабованість і стандартізуемих окремих блоків сучасних ПК дозволяє швидко і гнучко змінювати його конфігурацію

2.4.6 Параметри, що впливають на продуктивність ПК

Продуктивність ПК є найважливішою його характеристикою. Всі фактори і параметри, що впливають на продуктивність ПК можна в загальному випадку розділити на програмні і апаратні.

Вплив програмних чинників на продуктивність ПК визначається правильним вибором і налаштуванням, як операційної системи, так і конкретних програмних додатків.

Серед безлічі апаратних параметрів, що впливають на продуктивність ПК, найбільш важливими є:

Слід також зазначити, що на продуктивність ПК великий вплив робить підготовленість і компетентність користувача.
* Теоретичний матеріал по темі 2 складений доцентом О.А. Сосновським і опублікований в навчально-практичному посібнику "Основи інформатики та обчислювальної техніки" (Дистанційне навчання. - Мн .: БГЕУ, 2005).