Структура персонального компьютера

Классификация компьютеров

Назначение компьютера определяет набор решаемых им задач, на основании которых формируются требования к характеристикам, обеспечиваемым соответствующим составом технических и программных средств.

Персональные компьютеры (ПК), по определению, предназначены для удовлетворения потребностей в вычислительных ресурсах отдельного пользователя. Поскольку пользователем может быть домашняя хозяйка, писатель, художник, композитор, аналитик, программист или разработчик технических устройств, то и требования к вычислительной мощности процессора, объемам оперативной и внешней памяти, составу периферийных устройств и их характеристикам могут существенным образом отличаться. Характерным же для ПК является:

- ориентация на самое широкое применение и наличие некоторого набора стандартных технических средств со средними значениями характеристик, которые могут быть существенно улучшены по желанию пользователя;

- автономное использование ПК и, как следствие, обязательное наличие у каждого компьютера средств ввода и вывода информации и её визуального отображения, таких как клавиатура, мышь, монитор, принтер и других, характерных для решаемых задач;

- индивидуальное использование ресурсов ПК и незначительное использование ресурсов других компьютеров при наличии подключения к информационной сети, например, интернет;

- работа под управлением несетевой операционной системы.

Рабочими станциями называют компьютеры, работающие в сети предприятия. Для рабочих станций характерно:

- ориентация на профессиональных пользователей и решение определенного класса задач, требующая хорошей сбалансированности компьютеров по быстродействию и объемам оперативной и внешней памяти, наличия, как правило, быстродействующих внутренних информационных магистралей, возможно, высококачественной графической системы и специальных устройств ввода и вывода информации;

- подключение к локальной информационной сети и, если требуется, через специальные устройства доступа к глобальным сетям;

- значительное использование вычислительных и информационных ресурсов других компьютеров и возможность предоставления в общее пользование собственных ресурсов;

- коллективное использование внешних устройств ввода и вывода информации, например, принтеров, сканеров, устройств доступа к глобальным сетям;

- работа под управлением как несетевых, так и сетевых операционных систем.

Серверами называют компьютеры, предназначенные для предоставления своих вычислительных и информационных ресурсов в общее пользование и обслуживающие запросы от рабочих станций. Прикладные многопользовательские информационные системы, как правило, требуют распределенной обработки данных и реализуются в архитектуре «клиент-сервер». В такой архитектуре системы часть работ выполняется сервером, а часть рабочей станцией.

Серверы классифицируются как по назначению и типу предоставляемого ими ресурса, например, файловый сервер, сервер базы данных, принт сервер, вычислительный сервер, сервер приложений, так и по масштабу сети, в которой они используются - сервер рабочей группы, сервер отдела, сервер предприятия или корпоративный сервер.

Чаще всего под ПК понимают настольные ПК, ноутбуки, планшетные и карманные ПК.

Ноутбуки это компактные компьютеры, содержащие все необходимые компоненты (в том числе монитор) в одном небольшом корпусе, как правило, складывающемся в виде книжки (отсюда и название данного вида ПК). Приспособлены для работы в дороге, на небольшом свободном пространстве. Для достижения малых размеров в них применяются специальные технологии: специально разработанные специализированные микросхемы (ASIC), ОЗУ и жёсткие диски уменьшенных габаритов, компактная клавиатура, не содержащая цифрового поля, внешние блоки питания, минимум интерфейсных гнезд для подключения внешних устройств.

Как правило, содержат развитые средства подключения к проводным и беспроводным сетям, встроенное мультимедийное оборудование (динамики, часто, также, микрофон и веб-камеру). В последнее время вычислительная мощность и функциональность ноутбуков не сильно уступают стационарным ПК, а иногда и превосходит их. Очень компактные модели не оснащаются встроенным CD/DVD-дисководом.

Подключая к ноутбуку внешние клавиатуру, мышь, монитор звуковые колонки, модемы, игровые устройства и иные внешние устройств ноутбук можно превратить настольный ПК. Это можно делать вставляя ноутбук в специальные док, как это делалось раньше или напрямую (благо современные ноутбуки, особенно предназначенные для замены стационарных ПК в качестве рабочих станций, дают такую возможность).

Планшетные ПК аналогичны ноутбукам, но содержат сенсорный, т. е. чувствительный к нажатию, экран и не содержат механической клавиатуры. Ввод текста и управление осуществляются через экранный интерфейс, часто доработанный специально для удобного управления пальцами. Некоторые модели могут распознавать рукописный текст, написанный на экране.

Чаще всего корпус не раскрывается, как у ноутбуков, а экран расположен на внешней стороне верхней поверхности. Бывают и комбинированные модели, у которых корпус может тем или иным образом раскрываться (например как слайдер), предоставляя доступ к расположенной внутри клавиатуре.

По вычислительной мощи планшетные ПК уступают стационарным и ноутбуком, так как для длительной работы без внешнего источника питания приходится использовать энергосберегающие комплектующие, жертвуя их быстродействием.

Карманные ПК - сверхпортативные ПК, умещающиеся в кармане. (В России их также их часто называют «наладонниками», «карманками»). Управление ими, как правило, происходит с помощью небольшого по размерам и разрешению экрана, чувствительного к нажатию пальца или специальной палочки-указки — стилуса, а клавиатура и мышь отсутствуют. Некоторые модели, впрочем, содержат миниатюрную фиксированную или выдвигающуюся из корпуса клавиатуру.

Разрешение экрана карманного ПК, как правило, 320×240 (экран может использоваться и боком, тогда разрешение становится 240×320), в некоторых моделях — 640×480 (т. н. VGA-разрешение).

В таких устройствах используются сверхэкономичные процессоры и флеш-накопители небольшого объёма, поэтому их вычислительная мощь несопоставима с другими ПК (особенно стационарными). Тем не менее, они содержат все признаки персонального компьютера: процессор, накопитель, оперативную память, монитор, операционную систему, прикладное ПО и даже игры и ориентированность на индивидуальное использование.

Более распространенными являются КПК, содержащие также функции мобильного телефона (коммуникаторы). Встроенный коммуникационный модуль позволяет не только совершать звонки, но и подключаться к интернету в любой точке, где есть сотовая связь совместимого стандарта (GSM/GPRS/3G, CDMA).

В составе ЭВМ ПК- совместимого персонального компьютера можно выделить три основных компонента: системный блок, клавиатуру и монитор. В системном блоке находится вся электронная начинка компьютера: блок питания, системная плата и приводы накопителей со сменным или несменным носителем. Клавиатура является универсальным стандартным устройством ввода информации, позволяющим передавать компьютеру определённые символы или управляющие сигналы. Монитор (или дисплей) предназначен для отображения на своём экране монохромной или цветной, символьной, графической или видеоинформации и относится, вообще говоря, к универсальным стандартным устройствам вывода информации. Перечисленные основные компоненты компьютера соединяются друг с другом посредством специальных кабелей с разъемами^[7].

Микропроцессоры. Важнейший компонент любого персонального компьютера – это его микропроцессор. Данный элемент в большей степени определяет возможности вычислительной системы и образно выражаясь, является её сердцем. До настоящего времени безусловным лидером в создании современных микропроцессоров остается фирма Intel.

Микропроцессор, как правило, представляет собой сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле и способную выполнять функции центрального процессора. Степень интеграции определяется размером кристалла и количеством реализованных в нем транзисторов. Часто интегральные микросхемы называют чипами (chips)^[8].

К обязательным компонентам микропроцессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок управления. Они характеризуются скоростью (тактовой чистотой), разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд. Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Обычно используются следующие типы данных: бит (один разряд), полубайт, или nibble (4 бита), байт (8 бит), слово (16 бит), двойное слово (32 бита). Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью и портами ввода-вывода)^[9].

Под конвейерным режимом понимают такой вид обработки, при которой интервал времени, требуемый для выполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическом устройстве) микропроцессора, продолжительнее, чем интервалы, через которые данные могут вводиться в этот узел. Предполагается, что функциональный узел выполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказывается свободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделить четыре этапа обработки команды микропроцессора: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

С внешними устройствами микропроцессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например, только 16 внешних линий данных. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N-количество адресных линий.

Память. Практически все компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю.

Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором вычислительных операций. Таким образом, этот вид памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой – RAM (Random Access Memory). Для построения запоминающих устройств типа RAM используют микросхемы статической и динамической памяти.

Постоянная память, где храниться такая информация, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором программы, имеет собственное название – ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память обладает тем преимуществом, что может сохранять информацию и при отключенном питании. Это свойство получило название энергонезависимости. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации (программированию) делятся на масочные (ROM), программируемые изготовителем, однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние в свою очередь подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся и микросхемы флэш-памяти (flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации.

Внешняя память реализована обычно на магнитных или оптических носителях.

Кодирование в машине. Компьютеры могут обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. При вводе документов, текстов программ вводимые символы кодируются определенными числами, а при выводе их для чтения человеком по каждому числу строится изображение символа. Соответствие между набором символов и их кодами называется кодировкой символов^[10].

Как правило, код символа храниться в одном байте, поэтому коды символов могут принимать значения от 0 до 255. Такие кодировки называются однобайтными, они позволяют использовать до 256 различных символов. Впрочем, в настоящее время все большее распространение приобретает двухбайтовая кодировка Unicode, в ней коды символов могут принимать значения от 0 до 65535. В этой кодировке имеются номера для практически всех применяемых символов.

При разработке IBM PC фирма IBM заложила в эти компьютеры (точнее, в знакогенераторы видеоконтроллеров) кодировку символов. Так при выводе на экран символа с кодом 74 на экране изображалась буква j, при выводе символа с кодом 171 – дробь и т. д. Разумеется, производители принтеров и других устройств также стали следовать предложенной фирмой IBM кодировке, так что она стала фактически стандартом.

В кодировке IBM символы с кодами 32-127 соответствовали общеупотребительной кодировке ASCII, содержащей латинские буквы, знаки препинания, скобки, специальные знаки и пробел. А на позициях 128-255 и 0-31 фирма IBM поместила символы западноевропейских алфавитов, символы псевдографики, позволяющие рисовать на экране рамке и диаграммы, некоторые греческие буквы и специальные символы.

Поскольку в кодировке IBM отсутствуют символы кириллицы, в нашей стране были созданы различные модификации таблицы кодов IBM, содержащие символы кириллицы. Некоторое время применялось несколько разных таблиц кодировок, что создавало значительные неудобства. Однако очень скоро подавляющим большинством пользователей стала применяться кодировка. В этой кодировке русские буквы расположены на тех позициях, где в кодировке IBM находятся относительно редко используемые символы национальных алфавитов и греческие буквы. А остальные символы имеют те же коды, что в кодировке символов IBM, что обеспечивает возможность использования зарубежных DOS-программ без изменений.

В графической среде Windows кодовые таблицы, разработанные для ПК, являются во многом морально устаревшими. Действительно, в Windows, как правило, не требуются псевдографические символы, использовавшиеся в текстовом режиме DOS-программ для рисования линий и диаграмм: в Windows можно нарисовать любые линии непосредственно. С другой стороны, в кодовой таблице IBM PC не хватало многих символов европейских языков. Поэтому фирма Microsoft разработала для Windows новую кодовую таблицу. Эта кодировка называется ANSI-кодировкой, она используется для всех текстовых шрифтов в английской версии Windows.

Для русскоязычных пользователей стандартная ANSI-кодировка непригодна, так как она не содержит русских букв. Поэтому в русской версии Windows, разработанной фирмой Microsoft, а так же при использовании различных русификаторов Windows, употребляется модифицированная, «русская» версия ANSI-таблицы. Русские буквы в ней располагаются в позициях 192-255, 168 и 184. Данная кодировка используется в Windows для всех текстовых шрифтов, содержащих русские буквы.

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ). Сохранение информации для последующего её использования или передачи другим людям имело определяющее значение для развития цивилизации. До появления ЭВМ человек научился использовать для этой цели множество средств: книги, фотографии, магнитофонные записи, кинопленки и т. п. Возросшие к концу ХХ века потоки информации, необходимость её в больших объёмах и появление ЭВМ способствовали разработке и применению носителей информации, обеспечивающих возможность её долговременного хранения в более компактной форме. К таким носителям при использовании современных моделей компьютеров четвертого поколения относятся гибкие и жесткие магнитные диски и так называемые диски CD-ROM, составляющие внешнюю память компьютера. Отметим, что помимо сохранения информации после выключения компьютера эти носители также обеспечивают перенос информации с одного компьютера на другой, что особенно важно в случае отсутствия возможности использования компьютерных сетей, и позволяют практически неограниченно увеличить общую память компьютера.

Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а так же её поиск, считывание и воспроизведение в оперативную память, называют накопителями. В основу записи, хранения и считывания информации положены два принципа – магнитный и оптический, что обеспечивает сохранение информации и после выключения компьютера. В основе магнитной записи – преобразование цифровой информации в переменный электрический ток, который сопровождается переменным магнитным полем.

Жесткие диски. Накопители на жестком диске (они же жесткие диски, они же винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т. д.^[11] Большинство жёстких дисков, рассчитанных на установку в настольные ПК, имеют скорость вращения шпинделя 7200 об./мин., ноутбучные накопители – 5400 об./мин., старые мобильные накопители – 4200 об./мин. Серверные решения имеют более внушительные характеристики – 10000 или 15000 об./мин.

CD,DVD накопители. Компакт-диск - оптический диск, состоящий из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1.2 мм. Двоичная информация на компакт-дисках представляется последовательным чередованием углублений (pits; ямки) и основного слоя (land; земля). Емкость CD - 650 или 700 Мбайт. Накопители CD записываются один раз. Накопители CD-RW позволяют записывать не только диски с однократной записью, но и перезаписываемые. отличие от CD-ROM, которые бывают только односторонними и однослойными, DVD могут быть также двухслойными и двусторонними. Таким образом, существует 4 варианта DVD-дисков: DVD-5 (односторонний однослойный, емкость 4,7 Гбайт), DVD-9 (односторонний двухслойный, 8,5 Гбайт), DVD-10 (двусторонний однослойный, 9,4 Гбайт) и DVD-18 (двусторонний двухслойный, 17 Гбайт).

Флэш-память. Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков). Основное преимущество флэш-памяти перед жёсткими дисками и носителями CD-ROM состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В устройствах CD-ROM, жёстких дисках, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.

Дата добавления: 2014-12-27