Тема 1. Системи обчислення. Одиниці виміру інформації. Апаратне забезпечення

5. Апаратне забезпечення

Обчислювальна система - сукупність апаратних і програмних засобів, які забезпечують автоматизацію, збір, нагромадження, обробку, систематизацію, збереження, подання, передачу інформації/

Персональний комп’ютер (ПК) – універсальна обчислювальна система.

Архітектура ПК - структурна схема внутрішньої організації і взаємодії основних функціональних модулів ПК (логічна організація, система команд процесора, структура пам’яті і набір головних пристроїв).

Принцип відкритості архітектури - можливість зборки комп’ютера із пристроїв, виготовлених різними виробниками. Виробництвом компонент і пристроїв для ПК займаються: Intel, AMD, Cyrix, IBM, Toshiba, Fujitsu, Hitachi, Hewlett-Packard, Phillips, Samsung та інші. Складання ПК може виконуватися широким колом спеціалістів.

Системний блок

Центральний процесор, внутрішня пам’ять і системна шина конструктивно розташовані на материнській платі в окремому блоці, який називається системним. Всі інші пристрої, як внутрішні, так і зовнішні, під’єднуються до шини через відповідні плати, які називаються адаптерами або ж контролерами.

Материнська плата (motherboard) - системна плата на якій розташовані чипсети, процесор, пам’ять, перемикачі, слоти розширення та інші пристрої, які складають системне ядро комп’ютера. Материнські плати розрізняються по фірмам виготовлювачам, типорозмірам (форм-факторам) тощо.

Системна шина або ж магістраль (bus) - сукупність ліній та мікросхем, які виконують передачу електричних сигналів функціонального призначення. Шина є каналом з’єднання мікропроцесора, оперативної пам’яті і інтерфейсних пристроїв і знаходиться на материнській платі. На перших ПК використовувались 8-розрядні системні шини, які працювали з частотою 4.7 МГц.

Шини поділяють на паралельні (складається із декількох ліній передачі даних) та послідовні (складається із однієї лінії передачі даних, які передаються біт за бітом). Кількість інформації, яка передається по каналу за одиницю часу називається пропускною здатністю каналу. В послідовних шинах пропускна здатність вимірюється в КБіт/с, в паралельних - в МБіт/с.

Центральний процесор (ЦП, CPU - Central Processing Unit) - основний пристрій ПК, який виконує арифметично-логічні дії над даними (виконує програму), керує спільною роботою всіх інших пристроїв. Процесор визначає ефективність комп’ютера в цілому і являється універсальним пристроєм обробки інформації. Саме процесор можна запрограмувати на виконання будь-якого алгоритму.

Найважливішими характеристиками процесора являються:

• продуктивність (швидкодія), яка залежить від тактової частоти (Гц);
• розрядність, яка виражається кількістю двійкових розрядів які опрацьовуються за один такт.

Наприклад, процесор в 1 МГц виконує близько 50 млн. операцій в секунду. Процесор звертається не до окремих комірок пам’яті чи байта, а до декількох байт - слова. З 1993 р. почато виробництво процесора Pentium фірми Intel, який на сьогодні є стандартом для багатьох країн світу. Широко використовуються процесори фірм AMD (Athlon), Cyrix та ін.

Пам’ять

Внутрішня (оперативна) пам’ять ПК складається з запам’ятовуючого пристрою (ОЗП) - пам’ять довільного доступу (Random Access Memory - RAM) і постійного запам’ятовуючого пристрою (ПЗП) - (Read-Only Memory - ROM).

Основні характеристики пам’яті: тип - визначає статичну чи динамічну пам’ять; структура - кількість комірок і їх розрядність; об’єм - показує її ємність; час вибірки (в нано секундах, нс).

Конструктивно внутрішня пам’ять оформляється у вигляді чарунок пам’яті, кожній з яких надається номер (адреса). Довжина кожної чарунки пам’яті, яку називають розрядністю, може бути 1, 2, 4 та 8 байт (відповідно 8, 16, 32 та 64 біт).

Програми та дані опрацьовуються тільки після того, як вони із зовнішньої пам’яті потраплять до внутрішньої. Основна пам’ять розділена на нумеровані комірки – байти. Номер комірки є його адресом.

Широко використовують тип пам’яті DRAM (Dynamic Random Access Memory - динамічна пам’ять з довільним доступом), яка представляє систему із конденсаторів (нуль - розряджений стан комірки, одиниця - заряджений стан). Для прискорення доступу до оперативної пам’яті використовується швидкодіюча кеш-пам’ять, яка розташована між процесором і оперативною пам’яттю - SRAM (Static RAM - статична пам’ять з довільним доступом), яка реалізується за допомогою тригерів.

BIOS (базова система введення-виведення) починає працювати відразу при включенні живлення комп’ютера, робить тестування всього устаткування ПК і дає команду на завантаження операційної системи.

CMOS – пам’ять з невисокою швидкодією і мінімальним енергоспоживанням від акумулятора. Використовується для збереження інформації про конфігурацію і склад обладнання комп’ютера, а також про режими його роботи. Якщо живлення CMOS зникне, то вся інформація буде загублена, і CMOS потрібно буде настроювати вручну.

Зовнішня пам’ять призначена для тривалого зберігання програм і даних. Обсяг зовнішньої пам’яті значно більша від внутрішньої, але її швидкодія запису і зчитування суттєво поступається. Звичайно зовнішня пам’ять фізично реалізується у вигляді накопичувачів на магнітних та оптичних дисках.

Сьогодення характеризується широким використанням флеш-пам’яті (флешок) об’ємом 2-64 ГБ.

Жорсткий диск (hard disk, вінчестер) використовується для накопичення і довготермінового зберігання інформації. Вінчестер організується у вигляді пластин, які складені в пакет на одній осі обертання. Основні характеристики вінчестера: фірма-виготовлювач – Fujisu, Western; об’єм коливається від 20 ГБ до 2 ТБ і більше; час доступу - 7-20 міні секунд; швидкість зчитування і запису до 5 Мбайт/с; швидкість обертання, кількість дисків та їх об’єм, структура поділу на доріжки, сектори, кластери, циліндри. Швидкість їх обертання близько 4500 ... 12000 об/хв. Інформація записується по концентричних колах (треках), які складають циліндри.

Оптичні (лазерні) компакт-диски (CD) використовуються, як для зчитування інформації, так і для її запису. Випускаються CD діаметром 120 мм (4.7”), товщина - 1.2 мм, ширина доріжки - 0.6 мкм. Об’єм інформації CD диска близько 640 МБайт. Мінімальна швидкість зчитування з CD дорівнює 150 КБайт/с (близько 75 сторінок друкованого тексту в ASCII форматі за секунду). Оптичні диски поділяються на постійні та ті, які дозволяють повторний запис.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) - пристрій для зчитування інформації із CD- диску. Найуживаніші оптичні дисководи з 48, 52, .. кратною швидкістю передачі інформації. CD-WR (Compact Disk Write-Read) - пристрій для зчитування та запису інформації на CD. DVD диски мають більший об’єм пам’яті.

Корпуси (tower, desktop) поділяються на ящики і башти (малі, середні, великі).