1.Сучасне апаратне
забезпечення ПК
1.1Структурна
схема ПК. Призначення основних блоків
Персональні комп'ютери, робота
яких грунтується на принципі програмного
управління включають такі апаратні-засоби:
центральний мікропроцесор, внутрішню
і зовнішню пам'ять, системну шину, пристрої
введення-виведення інформації.
Далі розглянемо апаратне забезпечення
комп'ютерів архітектури IBM PC. Центральний
мікропроцесор, внутрішня пам'ять і системна
шина конструктивно розташовані в окремому
блоці, який називають системним. Пристрої
зовнішньої пам'яті звичайно також розміщують
у системному блоці, хоч інколи і розміщують
в окремих блоках. Усі пристрої введення-виведення,
а також пристрої внутрішньої пам'яті
підмикають до системної шини через відповідні
спеціальні плати, які називають адаптерами
та контролерами. Центральний мікропроцесор,
внутрішню пам'ять, системну шину, адаптери
та контролери розміщують на одній платі,
яку називають материнською.
Зовнішня пам'ять — це, як правило,
накопичувачі на магнітних та оптичних
дисках.
Усі пристрої введення-виведення
з точки зору порядку їх використання
можна розділити на дві групи: стандартні
— пристрої введення-виведення та нестандартні.
Останні ще називають периферійними пристроями.
Стандартні пристрої — це пристрої за
замовчуванням, тобто ті, з яких комп'ютер
чекає введення-виведення, якщо спеціально
не обумовлені інші пристрої. Такими пристроями
є дисплей та клавіатура.
До нестандартних пристроїв
можна віднести такі:
1. Накопичувачі на магнітних
та оптичних дисках.
2. Пристрої виведення
символьної та графічної інформації
(принтери та плоттери).
3. Пристрої введення інформації
(миша, сканер).
4. Пристрої зв'язку комп'ютера
з телефонною мережею (модем). Системна
шина виконує функцію зв'язку
між мікропроцесором, внутрішньою пам'яттю,
стандартними та периферійними пристроями
введення-виведення. У системній шині
виділяють адресну шину та шину даних.
Адресну шину використовують для зв'язку
мікропроцесора з пам'яттю, а шину даних
для зв'язку з пристроями введення-виведення.
Центральний мікропроцесор
— це основний пристрій ПК. Він виконує
програму, яка зберігається у внутрішній
пам'яті, керує спільною роботою всіх інших
пристроїв і виконує різноманітні операції
над даними.
Найважливішою його характеристикою
є продуктивність (швидкодія). Продуктивність,
в першу чергу, залежить від тактової частоти,
яку вимірюють у мегагерцах. За допомогою
сигналів тактової частоти синхронізується
робота всіх пристроїв ПК.
Крім тактової частоти до найважливіших
характеристик мікропроцесора відносять
такі:
1. Розрядність. Це кількість
внутрішніх двійкових розрядів,
яка суттєво впливає на його
продуктивність.
2. Кількість розрядів, пов'язаних
з системною адресною шиною, та
кількість розрядів, пов'язаних з системною
шиною даних.
Адресна шина визначає кількість
адресних чарунок пам'яті, причому за довжину
чарунки взято довжину в 1 байт. Кількість
адресованої пам'яті дорівнює числу 2 в
степені, що дорівнює кількості адресних
шин.
З 1993 p. розпочато виробництво
мікропроцесора Pentium, який на сьогодні
є основним в IBM комп'ютерах. Перспективна
модель — мікропроцесор Pentium Pro.
Слід звернути увагу на те, що
всі мікропроцесори до моделі 486 не виконували
арифметичних операцій з числами в нормальній
формі (з плаваючою комою). Для їх виконання
вони комплектувалися окремими мікропроцесорами,
названими математичними співпроцесорами.
Починаючи з моделі Intel 486 DX,
мікропроцесори обладнані вбудованими
блоками для виконання операцій з плаваючою
комою.
1.2.Процесор
Процесор, центральний процесор
(українською ЦП, анг-лійською СРU — central
processing unit), є головним компонентом комп'ютера
. Процесор виконує обчислення та обробку
даних, математичні операції. Це розум,
що обробляє інформацію, керує прямо або
побічно роботою комп'ютера.
Процесори можна класифікувати
за трьома основними параметрами: швидкодією,
розрядністю і розміром кеш-пам'яті.
Швидкодія процесора
вимірюється в гігагерцах (ГГц, 1 ГГц = 1
млрд тактів за секунду). Сучасні процесори
працюють на тактових частотах до 3,7 ГГц.
Так, наприклад, Іntel Celeron 400 має внутрішню
частоту процесора 400 МГц, у той час як
його зовнішня частота становить усього
66.6 МГц, а процесори Pentium III 600, Pentium III
750 задають для шини процесора тактову
частоту 100 МГц. Розрядність – кількість
двійкових розрядів, що обробляє процесор
за один такт.
До складу процесора входять
три пристрої, основною характеристикою
яких є розрядність: шина введення
– виведення даних, внутрішні регістри,
шина адреси пам'яті.
Більшість сучасних процесорів
32-розрядні з 64-розрядною шиною даних.
Кеш-пам'ять розподіляється на два рівні:
кеш першого рі-вня (L1), що має ємність оперативної
пам'яті кілька десятків кі-лобайтів, і
кеш другого рівня (L2) – до 2048 Кбайт. Кеш-пам'ять
працює на частоті, що узгоджується з частотою
ядра процесора. У всіх IBM сумісних комп’ютерів
використовуються процесори, сумісні
із сім’єю мікросхем Intel, але виробляються
та проектуються вони як самою фірмою
Intel, так і компаніями AMD, IBM, Cyrix, Nexgen та інші.
Зараз великого поширення набули багатоядерні
процесори. Такий процесор містить декілька
процесорних ядер в одному корпусі (на
одному або декількох кристалах).
Процесори, що призначені
для роботи однієї копії операційної
системи декількох ядер, являють
собою швидкоінтегральну реалізацію
системи мультипроцесора. Двоядерність
процесорів має такі поняття, як наявність
логічних та фізичних ядер: наприклад,
двоядерний процесор Intel Core Duo складається
з одного фізичного ядра, яке, у свою чергу,
поділене на два логічних.
Процесор Intel Core 2 Quad складається
із чотирьох фізичних ядер, що суттєво
впливає на швидкість його роботи. На сьогодні
масово доступні дво- та чотириядерні
процесори, наприклад Intel Core 2 Duo на 65 нм
ядрі Conroe (пізніше на 45 нм ядрі Wolfdale) та
Athlon64X2 на базі мікроархітектури K8, чотириядерний
процесор Intel Core 2 Quad на ядрі Kentsfield, що являє
собою збирання з двох кристалів Conroe в
одному корпусі.
Для визначення швидкості
передачі даних по шині процесора необхідно
помножити розрядність шини даних (64 для
процесора Pentium, Pentium Рго та Pentium II) на тактову
частоту шини (вона дорівнює базовій (зовнішній)
тактовій частоті СРЦ). Процесори Pentium,
Pentium Рго з базовою тактовою частотою 66
МГц можуть передавати один біт по кожній
із ліній даних за один період тактової
частоти, тому максимальна швидкість пе-редачі
даних становить 528 Мбайт/с:
66 МГц х 64 біт = 4224 Мбіт/с;
4224 Мбіт/с - 8 = 528 Мбайт/с.
Ця величина характеризує швидкість
передачі даних, і також має назву смуги
пропускання шини (є максимальною). Як
і всі максимальні величини, вона не відповідає
середній робочій швидкості шини, що приблизно
на 25 % менша. Середня швидкість обміну
знижується за рахунок багатьох факторів
– напри-клад, через обмеження швидкості
надходження інформації із системної
шини на шину процесора.
Шина адреси фактично є частиною
шини процесора і є не-обхідною для виконання
операцій з пам'яттю. З її допомогою визначається,
в якій комірці зберігається подальше
значення. Роз-рядність шини адреси пов'язана
з обсягом пам'яті, що адресується процесором.
Шина пам'яті призначена для передачі
інформації між CPU та основною пам'яттю
(RАМ). Шина введення-виведення дозволяє
процесору взаємодіяти з периферійними
пристроями.
1.3.Запам’ятовуючі
пристрої ПК
Однією з центральних ланок
комп’ютера з архітектурою фон Неймана
є пристрої збереження інформації, чи
так звана комп’ютерна пам’ять. Сучасні
комп’ютери оснащені кількома видами
запам’ятовуючих пристроїв, що призначені
для виконання своїх особливих функцій.
Часто для скорочення замість терміну
«запам’ятовуючий пристрій» вживають
термін «пам’ять».
Універсального запам’ятовуючого
пристрою не існує, і умовно комп’ютерну
пам’ять можна поділити на:
- Пристрої внутрішньої пам’яті.
Тут зберігаються спеціальні програми,
що потрібні для увімкнення та функціонування
комп’ютера. Ці пристрої знаходяться
на материнський платі.
- Пристрої зовнішньої пам’яті. Призначені
для збереження програм та документів
користувача (операційна система, прикладні
програми, текстові документи, фотографії,
музика тощо). Ці пристрої можуть знаходитися
у системному блоці, але не на материнській
платі чи під’єднуватися до зовнішніх портів системного блоку.
Внутрішні запам’ятовуючі
пристрої
Під внутрішньою пам’яттю розуміють
всі види запам’ятовуючих пристроїв,
що реалізовані у вигляді мікросхем і
розташовані на материнській платі.
Там зберігається лише інформація,
що потрібна для виконання основних функцій
комп’ютера і не призначена для збереження
документів користувача чи прикладних
програм.
До пристроїв внутрішньої пам’яті відносяться
- Оперативний запам’ятовуючий
пристрій.
- Постійний запам’ятовуючий
пристрій.
- Енергонезалежний запам’ятовуючий
пристрій.
Оперативна
пам’ять RAM (Random Access Memory)
Оперативна пам’ять - це робоча
ділянка для процесора і використовується
для швидкого обміну інформацією (командами
та даними) між процесором та іншими пристроями.
До неї завантажується програма чи кілька
програм з якою працює користувач.
Коли користувач запускає програму,
вона завантажується до оперативної пам’яті,
і лише після цього процесор виконує команди
цієї програми. Також в оперативній пам’яті
знаходиться інформація, яку обробляє
процесор і туди заносяться результати
цієї обробки. При виконанні команди Зберегти
(Save) вміст оперативної пам’яті зберігається
у вигляді файлу на твердому диску чи іншому
носії.
Оперативна пам’ять є тимчасовим
сховищем, тому дані і програми в ній зберігаються
лише при увімкнутому комп’ютері або
до натиснення кнопки перевантаження
(Reset). Тому, перед вимиканням чи перевантаженням
комп’ютера слід зберегти всі результати
на певний носій інформації, що може зберігати
інформацію постійно і тривалий час
(твердий диск, флеш-накопичувач тощо).
Також, на випадок раптового вимикання
електрики, варто що 10-15 хвилин зберігати
документ, з яким працює користувач.
Важливою характеристикою оперативного
запам’ятовуючого пристрою є об’єм. Чим
він є більшим, тим більше програм можна
запустити на комп’ютері одночасно і
робити складні операції (обробка зображень,
перегляд відеофільмів, сучасні ігри,
робота з надвеликими базами даних тощо).
За фізичним принципом дії розрізняють
- Динамічну оперативну пам’ять
DRAM (Dynamic RAM).
- Статичну оперативну пам’ять
SRAM (Static RAM).
Виконання оперативної пам’яті
Фізично, оперативна пам’ять
представлена у вигляді окремих панелей
з мікросхемами, що називаються модулями.
Панелі оперативної пам’яті вставляються
у спеціальні роз’єми на материнській
платі. Модулі пам’яті мають різні
характеристики і для свого функціонування
мають бути сумісними з основними пристроями
комп’ютера (материнською платою, процесором
та іншими).
Основними характеристиками модулів
оперативної пам’яті є:
- Об’єм, вимірюється в Мбайтах.
- Час доступу, вимірюється
в наносекундах.
Сучасні модулі є об’ємом в
1024, 2048, 4096 Мбайт і вище. Чим вище цей показник,
тим більше програм можна одночасно завантажити,
тим складніші процеси можна виконувати.
Час доступу показує, скільки
часу витрачається на звернення до комірок
пам’яті, чим показник є меншим, тим швидше
працює комп’ютер.
Постійна
пам’ять ROM (Read Only Memory)
В момент увімкнення комп’ютера
в його оперативній пам’яті відсутні
будь-які дані, оскільки оперативна пам’ять
не зберігає дані при вимиканні комп’ютера.
Але, процесору необхідні команди відразу
після вмикання. Тому, процесор звертається
за першою командою за спеціальною стартовою
адресою, яка йому завжди відома.
Ця команда міститься у мікросхемі
постійного запам’ятовуючого пристрою,
де інформація зберігається постійно,
навіть при вимкнутому комп’ютері. Комплект
програм, що знаходиться у постійній пам’яті
записується на стадії виготовлення мікросхеми
і називається BIOS «Базова система Вводу/Виводу»
(Basic Input Output System).
Енергонезалежна
пам’ять CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor)
Для своєї роботи програми BIOS
потребують інформацію про поточну конфігурацію
комп’ютерної системи, яка є досить різноманітною
із великою кількістю параметрів (відомості
про твердий диск, під’єднані принтери,
модеми, мережні карти, паролі, системну
дату, час тощо).
Спеціально, для збереження
такої інформації на материнській платі
міститься мікросхема енергонезалежної
пам’яті CMOS, що підживлюється від невеличкої
батарейки.
Вміст енергонезалежної пам’яті постійно
оновлюється:
- При під’єднанні чи від’єднанні
пристроїв.
- При зміні налаштувань програм
BIOS через команду SETUP.
При вимиканні комп’ютера вміст
енергонезалежної пам’яті зберігається,
а батарейка дозволяє підтримувати відлік
системної дати та часу.
Монітор
У перших комп'ютерах моніторів
не було. Користувачі мали набір світлодіодів,
що блимали і роздрук результатів на принтері.
З розвитком комп'ютерної техніки з'явились
монітори і зараз вони є необхідною частиною
базової конфігурації персонального комп'ютера.
Монітор (дисплей) - це стандартний пристрій
виведення, призначений для візуального
відображення текстових та графічних
даних. В залежності від принципу дії,
монітори поділяються на:
- монітори з електронно-променевою
трубкою;
- дисплеї на рідких кристалах