Внешние запоминающие устройства

Память

Шины

Микропроцессор

Функциональные компоненты компьютера

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся в данный момент в оперативной памяти. Микросхема устанавливается на материнской плате и связана с материнской платой интерфейсом процессорного разъема

Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графику, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере преобразуются к простейшему виду, представляются в двоичном коде, «оцифровываются». Для описания работы цифровых устройств используется двоичная система счисления, Булева логика, законы алгебры логики.

Основными характеристиками процессора являются:

- тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Тактовая частота определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 3 ГГц (выполняют 3 миллиарда операций в секунду);

- быстродействие – характеристика, связанная с тактовой частотой. Определяется количеством команд (операций), производимых в 1 секунду. Быстродействие зависит от тактовой частоты и от выполняющейся программы, от того, какие команды – сложения или, скажем, деления – в ней преобладают. Быстродействие определяется на специальных тестовых программах. Измеряется в бит/с.

- разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Чем больше количество одновременно обрабатываемых разрядов, тем выше вычислительная мощность компьютера. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной. Шина характеризуется разрядностью и частотой.

Информация по шине передается в виде импульсов электрического тока. Шина работает не непрерывно, а циклами. Количество циклов срабатывания шины в единицу времени называется частотой шины.

Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически все устройства компьютера – диски, клавиатура, дисплей и т.д. – так или иначе принимают и передают данные через шину.

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью и шины ввода\вывода.

В настоящее время чаще используются:

- шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина взаимодействия периферийных устройств);

- графическая шина AGP (Accelerated Craphic Port – ускоренный графический порт);

- HyperTransport – высокоскоростная шина для соединения внутренних устройств компьютерной системы. Тактовая частота достигает 800 МГц. Пропускная способность составляет до 6,4 Гбайт/с;

- USB предназначена для подключения до 256 внешних устройств (таких, как мышь, принтер, сканер, фотокамера, FMтюнер и т.д.) к одному USBканалу (по принципу общей шины). Пропускная способность до 480 Мбит/с (в версии USB 2.0).

Память – функциональная часть компьютера, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации. В ПК имеется несколько видов памяти: ОЗУ, ПЗУ, РОН, Кэш, СМОS, ВЗУ. Существует еще видеопамять – электронная память, размещенная на видеокарте.

Производительность ПК во многом определяется быстродействием процессора, а также объемом оперативной памяти и скоростью доступа к ней.

Оперативная память (RAM – random access memory, ОЗУ) – устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модуль (модули) оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК.

Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой номер, который по аналогии с номерами домов на улице принято называть адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно получить код, который в нем записан, или занести, записать в этот байт какой-либо другой код.

С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Конденсаторы необходимо подзаряжать каждые несколько миллисекунд.

В статической памяти элементы построены на триггерах – схемах с двумя устойчивыми состояниями. Для одного триггера требуется 46 транзисторов. После записи элемент памяти хранит информацию сколь угодно долго. Имеет высокое быстродействие и низкую удельную плотность. Микросхемы статической памяти используются в качестве кэш-памяти. Разработаны разные модификации статической и динамической памяти.

Память характеризуется двумя параметрами:

Время доступа – промежуток времени между формированием запроса на чтение информации и моментом поступления запрошенной информации из памяти. Длительность цикла – минимальное допустимое время между двумя последовательными обращениями к памяти. На время написания учебника типовой компьютер имеет 512 Мб или 1024 Мб оперативной памяти.

Оперативная память энергозависима – при выключении электропитания информация, помещенная в оперативную память, исчезает безвозвратно (если она не была сохранена на какойлибо носитель информации).

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш-память (cache – запас, тайник). Это сверхбыстрая оперативная память, предназначенная для временного хранения текущих данных и помещенная между оперативной памятью и процессором. Специальные программноаппаратные средства обеспечивают опережающее копирование данных из оперативной памяти в кэш и обратное копирование данных по окончании их обработки. Обработка данных в кэшпамяти производится быстрее, что приводит к увеличению производительности ПК. Непосредственного доступа из программы в кэш-память нет.

CMOSпамять (изготовленная по технологии CMOS – complementary metal – oxide semiconductor) предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в том числе, когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память.

Данные CMOSпамяти записываются и считываются под управлением команд, содержащихся в другом виде памяти – ПЗУ. Она называется ROM(read only memory) – постоянная память, т.е. память, хранящая информацию при отключенном питании теоретически сколь угодно долго. Это такая память, в которую данные занесены при ее изготовлении. Постоянная память содержит наборы групп команд для непосредственного управления различнымиустройствами ПК, а также их тестирования при включении. Эти программы называются BIOS (Basic InputOutput System – базовая система ввода-вывода). В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера – SETUP. Она позволяет установитьнекоторые характеристики устройств ПК. BIOS непосредственно ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) – это электромеханические запоминающие устройства, которые характеризуются большим объемом хранимой информации и низким (по сравнению с электронной памятью) быстродействием. К ВЗУ относятся накопители на магнитной ленте (НМЛ), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на оптических дисках (НОД) и др.

Носитель информации – это материальный объект, способный хранить информацию. Например, в первых ЭВМ носителями информации являлись бумажные ленты и карты, на которых были пробиты (перфорированы) отверстия.

При магнитной записи информации с помощью записывающей головки происходит изменение магнитной индукции носителя. Носитель изготавливают из ферро-магнитного материала. Располагается носитель на подложке, в качестве которой может выступать пластмассовая пленка, металлические или стеклянные диски.

Ток, протекающий по обмотке записывающей головки, создает в сердечнике (магнито-проводе) магнитный поток. Через узкий зазор в сердечнике магнитный поток намагничивает носитель в одном из двух направлений, что зависит от направления протекающего по обмотке тока. Разные направления намагниченности носителя соответствуют логическому нулю или логической единице. Таким образом, записывающая головка – это маленькие электромагниты, которые своим электромагнитным полем изменяют ориентацию магнитных доменов в носителе в зависимости от полярности протекающего в обмотке тока.

При считывании информации с ленты или диска движущийся намагниченный носитель индуцирует в считывающей головке электродвижущую силу. Полярность возникающего на обмотке напряжения зависит от направления намагниченности носителя.

Дискета – гибкий пластиковый диск с нанесенным на обе стороны магнитным покрытием, заключенный в достаточно твердый пластиковый конверт для предохранения от механических повреждений. Информация на диск наносится вдоль концентрических окружностей– дорожек.

Каждая дорожка разбита на несколько секторов (обычно 18) – минимально возможных адресуемых участков. Стандартная емкость сектора – 512 байт.

Для дискет формата 3,5’’ максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них – 1,44 Мб.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткий магнитный диск (винчестер, HDD – Hard Disk Drive) – накопитель, предназначенный для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации. Операционная система, постоянно используемые программы загружаются с жесткого диска, на нем хранится большинство документов. Жесткий диск является несменным носителем.

Жесткий диск представляет собой герметичную коробочку, внутри которой спрятано несколько дисков, покрытых магнитным слоем. Над ними очень быстро движутся несколько головок чтения-записи.

Винчестер содержит набор пластин, представляющих собой чаще всего металлические диски, покрытые магнитным материалом (гаммаферритоксид, феррит бария, окись хрома и т.п.) и соединенные между собой при помощи шпинделя (вала, оси). Жесткие диски изготавливаются из алюминия, латуни, керамики или стекла. Для записи данных используются обе поверхности 8000»дисков. Шпиндель вращается с высокой постоянной скоростью (оборотов в минуту). Вращение головок осуществляется с помощью двух электродвигателей. Данные записываются или считываются с помощью головок записи и считывания, по одной на каждую поверхность диска. На рис. для упрощения показаны головки, расположенные только с одной стороны диска.

Запись информации на диск ведется по строго определенным местам – концентрическим дорожкам (трекам). Дорожки, как и в случае гибких дисков, делятся на сектора. Специальный двигатель с помощью кронштейна позиционирует головку над заданной дорожкой (перемещает ее в радиальном направлении). При повороте диска головка располагается над нужным сектором. Очевидно, что все головки перемещаются одновременно и считывают информацию с одинаковых дорожек разных дисков. Дорожки винчестера с одинаковыми порядковыми номерами, расположенные на разных дисках, называются цилиндром.

Внутренняя полость винчестера заполняется очищенным от пыли воздухом, а внутри корпуса поддерживается атмосферное давление. При вращении диски создают сильный поток воздуха, который постоянно очищается фильтром.

Основные параметры жесткого диска.

- Емкость – винчестер имеет объем от 40 Гб до 200 Гб и более.

- Скорость чтения данных. Средний сегодняшний показатель – около 8 Мбайт/с.

- Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель – 9 мс.

- Скорость вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов.

- Размер кэш-памяти – быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт.

- Фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят семь компаний: Fujitsu, IBMHitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

Дата добавления: 2015-06-26