Архитектура компьютера
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Используя пройдённый материал по теме «Алгоритмы» и интернет ресурсы ответьте на вопросы текста. Будьте внимательны! У Вас есть 10 минут на прохождение теста. Система оценивания — 5 балльная. Оценка «5» ставится если Вы верно ответили на 80% тесто. Желаю успехов!
Система оценки: 5* балльная
Список вопросов теста
Вопрос 1
Как называется разъем для установки центрального процессора?
Варианты ответов
Вопрос 2
Северный мост на материнской плате осуществляет поддержку?
Варианты ответов
- Системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера
- Жестких дисков и приводов оптических дисков
- Звуковой платы и модема
- Клавиатуры, мыши, принтеров, сканеров
Вопрос 3
Южный мост осуществляет связь процессора и:
Варианты ответов
- Системной шины
- Оперативной памяти
- Видеокарты
- Жёстких дисков
Вопрос 4
Чипсет на материнской плате представляет собой:
Варианты ответов
- Совокупность всех устройств, расположенных на материнской плате
- Совокупность системной шины и оперативной памяти
- Совокупность микросхем северного и южного моста
- Совокупность всех портов и разъемов на материнской плате
Вопрос 5
Компьютерный блок питания не выполняет:
Варианты ответов
- Преобразование напряжения до заданных значений
- Обеспечение всех устройств электрической энергией
- Обеспечение бесперебойной работы в случае отключения питания
- Фильтрация незначительных электрических помех
Вопрос 6
Какой функциональный узел не включает в себя процессор компьютера?
Варианты ответов
- Арифметико-логическое устройство
- Флэш-память
- Кэш-память
- Устройство управления
Вопрос 7
Что такое быстродействие процессора?
Варианты ответов
- Это максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно
- Интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов
- Число элементарных операций, выполняемых процессором в единицу времени
- Количество импульсов, создаваемых генератором за одну секунду
Вопрос 8
Оперативная память предназначена для:
Варианты ответов
- Долговременного хранения данных на компьютере
- Помещения в неё исполняемых программ и данных
- Выполнения арифметических операций над числами
- Выполняет обмен данными между чипсетом и портами ввода-вывода
Вопрос 9
Порт LPT предназначается для подключения к нему:
Варианты ответов
- Клавиатур и манипуляторов «мышь»
- Звуковых и видеоадаптеров
- Принтеров и сканеров
- Модемов
Вопрос 10
Порт PS/2 предназначен для подключения к нему:
Варианты ответов
- Принтеров и сканеров
- Жёстких дисков
- Видеокамер
- Клавиатур и мышей
Вопрос 11
Базовая Система Ввода-Вывода (BIOS) предназначена для:
Варианты ответов
- Самодиагностики и самотестирования мониторов
- Самодиагностики и самотестирования клавиатур и принтеров
- Самодиагностики и самотестирования материнской платы и устройств подключенных к ней
- Самодиагностики и самотестирования плоттеров, ризографов и копиров
Вопрос 12
Какие клавиши позволяют зайти в BIOS при включении компьютера:
Варианты ответов
- Alt, Enter
- Del, F2
- Home, Insert
- Tab, Shift
Вопрос 13
Что произойдёт после извлечения и повторной установки элемента питания на материнской плате:
Варианты ответов
- Сброс пароля на вход в BIOS
- Установка всех установок BIOS по умолчанию
- Стирание микропрограммы BIOS
- Ничего не произойдёт
Вопрос 14
Какого интерфейса подключения манипулятора «мышь» к компьютеру не существует:
Помогите с тестом по информатике
Шина Front Side Bus (FSB) обеспечивает связь между: *
1. Северным и южным мостом на материнской плате
2. Между жёсткими дисками
3. Между процессором и остальными устройствами
4. Между шиной данных и шиной адреса
Где находится кнопка RESET (принудительная перезагрузка компьютера)? *
На мониторе
Внутри компьютера
На задней панели корпуса
На передней панели корпуса
Для чего предназначена оперативная память компьютера? *
Для ввода информации
Для обработки информации
Для вывода информации
Для временного хранения информации
Для передачи информации
Перезаписываемые лазерные диски называются *
CD\DVD-ROM
CD\DVD-RW
CD\DVD-R
CD\DVD-DVD
Какой функциональный узел не включает в себя процессор компьютера? *
1. Арифметико-логическое устройство
2. Флэш-память
3. Кэш-память
4. Устройство управления
Оперативная память предназначена для: *
1. Долговременного хранения данных на компьютере
2. Помещения в неё исполняемых программ и данных
3. Выполнения арифметических операций над числами
4. Выполняет обмен данными между чипсетом и портами ввода-вывода
Какого интерфейса подключения манипулятора «мышь» к компьютеру не существует: *
1. PS/2
2. COM
3. USB
4. LPT
Какая память является самой быстрой в компьютере? *
1. Оперативная память
2. Кэш-память
3. Регистровая память процессора
4. Жёсткие диски
Кэш-память какого уровня является самой быстрой? *
1. Первого
2. Второго
3. Третьего
4. Четвёртого
Чипсет на материнской плате представляет собой: *
1. Совокупность всех устройств, расположенных на материнской плате
2. Совокупность системной шины и оперативной памяти
3. Совокупность микросхем северного и южного моста
4. Совокупность всех портов и разъемов на материнской плате
Южный мост осуществляет связь процессора и: *
1. Системной шины
2. Оперативной памяти
3. Видеокарты
4. Жёстких дисков
В минимальной комплектации шина имеет: *
шину ввода
шину адреса
шину вывода
шину данных
шину управления
Что такое быстродействие процессора? *
1. Это максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно
2. Интервал времени между началами двух соседних тактовых импульсов
3. Число элементарных операций, выполняемых процессором в единицу времени
4. Количество импульсов, создаваемых генератором за одну секунду
Порт PS/2 предназначен для подключения к нему: *
1. Принтеров и сканеров
2. Жёстких дисков
3. Видеокамер
4. Клавиатур и мышей
Назовите устройство, которое характеризуется быстродействием и разрядностью
оперативная память
процессор
ПЗУ
видеокарта
Шина PCI (англ. Peripheral Component Interconnect) позволяет подключать к ней: *
1. Жёсткие диски
2. Процессор
3. Звуковые и видеоадаптеры
4. Микрофоны и акустическую систему
Северный мост на материнской плате осуществляет поддержку: *
1. Системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера
2. Жестких дисков и приводов оптических дисков
3. Звуковой платы и модема
4. Клавиатуры, мыши, принтеров, сканеров
Какой вид компьютера имеет большой сенсорный экран, не имеет клавиатуры, но к некоторым моделям её можно подсоединить?
Планшет (англ. Tablet computer)
Нетбук (англ. Netbook)
Настольный компьютер (англ. Desktop)
Ноутбук (англ. Laptop)
Ультрабук (англ. Ultrabook)
Голосование за лучший ответ
Как называется разъем для установки центрального процессора? *
3. Сокет
Какие порты обычно используются для подключения к ПК принтера? (несколько вариантов)
3. LPT и USB
Основной характеристикой компьютерного блока питания является: *
3. Мощность
Шина AGP была специально создана для подключения: *
3. Видеоадаптеров
Шина Front Side Bus (FSB) обеспечивает связь между: *
3. Между процессором и остальными устройствами
Где находится кнопка RESET (принудительная перезагрузка компьютера)? *
На передней панели корпуса
Для чего предназначена оперативная память компьютера? *
Для временного хранения информации
Перезаписываемые лазерные диски называются *
CD\DVD-RW
Какой функциональный узел не включает в себя процессор компьютера? *
2. Флэш-память
Оперативная память предназначена для: *
2. Помещения в неё исполняемых программ и данных
Какого интерфейса подключения манипулятора «мышь» к компьютеру не существует: *
4. LPT
Какая память является самой быстрой в компьютере? *
3. Регистровая память процессора
Кэш-память какого уровня является самой быстрой? *
1. Первого
Чипсет на материнской плате представляет собой: *
1. Совокупность всех устройств, расположенных на материнской плате
Южный мост осуществляет связь процессора и: *
2. Оперативной памяти
В минимальной комплектации шина имеет: *
шину адреса
шину данных
шину управления
Что такое быстродействие процессора? *
3. Число элементарных операций, выполняемых процессором в единицу времени
Порт PS/2 предназначен для подключения к нему: *
4. Клавиатур и мышей
Назовите устройство, которое характеризуется быстродействием и разрядностью
процессор
Шина PCI (англ. Peripheral Component Interconnect) позволяет подключать к ней: *
3. Звуковые и видеоадаптеры
Северный мост на материнской плате осуществляет поддержку: *
1. Системной шины, оперативной памяти, видеоадаптера
Какой вид компьютера имеет большой сенсорный экран, не имеет клавиатуры, но к некоторым моделям её можно подсоединить?
Планшет (англ. Tablet computer)
СОСТАВНЫЕ УЗЛЫ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
Став основным инструментом при работе с информацией, ПК требует квалифицированного с ним обращения. В том числе осмысленного выбора при приобретении его основных компонентов, правильного обращения с ними в процессе работы. С этой точки зрения будет представлен дальнейший материал об основных узлах ПК — их устройстве, характеристиках и особенностях применения. Эти знания помогут и при работе на ПК, и при его обслуживании.
Основные компоненты системной платы
Системная (материнская) плата — самая важная и, пожалуй, самая сложная часть компьютера. Это своеобразный центр, осуществляющий электрические и логические связи с остальными компонентами. Важнейшими характеристиками системной платы являются поддерживаемые модели процессоров, тип (число контактов) процессорного разъема, тип модулей оперативной памяти, особенности видеоподсистемы, состав интерфейсов для подключения внутренних и внешних устройств, расширяющих возможности компьютеров.
Процессор. Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы в основном определяются типом и архитектурой центрального процессора. Именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.
По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами.
В настоящее время в настольных компьютерах используются в основном процессоры компаний «Intel» и AMD. Они имеют свои внутренние и конструктивные особенности, что исключает их взаимозаменяемость. В частности, они отличаются между собой разъемами, обеспечивающими подсоединение процессоров к системной плате.
Несколько лет назад появились многоядерные процессоры. Это большие интегральные схемы, которые на одном полупроводниковом кристалле объединяют несколько процессорных элементов. При этом возникает возможность распараллеливания решения различных задач между ними — т. е. одновременного их выполнения. Вместе с тем нужно иметь в виду, что применение двухядерного процессора не будет означать увеличения производительности ПК в два раза, четырех-ядерного — в четыре раза и т. д. Дело в том, что не все задачи и не всегда можно будет решать одновременно, например тогда, когда при их решении нужно будет пользоваться одними и теми же аппаратными периферийными средствами.
Системная шина, стандартные шины. Структурными элементами материнской платы, по которым информация передается от одного блока к другому, являются шины. Так как любая информация в ЭВМ (и в ПК в частности) представляется двоичными кодами, то шина представляет собой группу проводников, по каждому из которых передается один бит кода информации. При передаче информации должны быть одновременно определены и передаваемые данные, и адрес передачи. Поэтому отдельно выделяют шину данных и шину адреса. Еще есть шина управления, которая объединяет в себя все линии, по которым передаются синхронизирующие, стробирующие и другие управляющие сигналы. Совокупность всех шин процессора составляет его системную шину.
Процессоры это элементы, которые в первую очередь определяют производительность ПК, поэтому они постоянно совершенствуются. При этом новые процессоры отличаются от предшественников разрядностями шины данных и шины адреса, функциональными возможностями, составом линий управления. Таким образом, системная шина, как правило, уникальна для каждого конкретного процессора.
Выпускается огромное количество различных периферийных узлов ПК, одновременно появляются новые процессоры. При этом появляется противоречие, которое заключается в следующем.
С одной стороны, появление новых процессоров обусловлено желанием повысить его производительность, расширить его функциональные возможности как основного базового узла ПК. Однако это сопровождается изменением конфигурации шин процессора, алгоритмов обмена, состава его управляющих сигналов и порядка их следования. Меняются скорости, с которыми производится обмен. Если периферийные модули подключать непосредственно к системной шине, то все эти модули надо адаптировать к каждой новой модели процессора. Фактически это означает, что, применив новый процессор, надо полностью менять периферийное оборудование (точнее менять его интерфейсную часть). С другой стороны, для того чтобы построение периферийных узлов не зависело от типа конкретного применяемого процессора, нужно, чтобы все подходы и способы организации взаимосвязи устройств были обязательно стандартизированы, т. е. однозначно определены и не менялись достаточно продолжительное время.
Противоречие разрешили следующим образом. Для подключения периферийных блоков было решено разработать специальные системные интерфейсы — стандартные шины. Собой они представляют на физическом уровне стандартизированный набор шин и управляющих сигналов, на логическом — стандартизированный набор способов, алгоритмов обмена. Все они хотя и ориентированы в какой-то степени на конкретные поколения процессора, но не являются линиями и способами обмена конкретного процессора. Чтобы при этом процессор управлял устройствами, подключенными к стандартной шине, между этой шиной и им самим (его системной шиной) устанавливается специальный согласующий блок — адаптер шины (мост). Таким образом, если меняется процессор, вместе с ним меняется адаптер шины, а шины периферийных устройств и все устройства, работающие с этой шиной, не меняются. Стандартные шины — один из главнейших компонентов архитектуры ПК.
Узлы, входящие в состав ПК, условно можно разделить на две группы. Первую группу составляют устройства, без которых ПК работать не может (например, ОЗУ, видеоадаптер). Они должны подключаться к стандартным шинам (к интерфейсам), обеспечивающим высокую скорость обмена. Такие шины называют локальными (local bus), так как они применяются лишь в отдельных местах для объединения высокопроизводительных устройств. Другую группу составляют устройства, расширяющие функциональные возможности ПК (звуковая карта, TV-тюнер и др.). К стандартным шинам, посредством которых такие устройства включаются в состав ПК, особых требований не предъявляется. Такие шины называют шинами расширения (expansion bus).
К локальным шинам относятся:
- • шина VLB (VESA local bus — локальная шина VESA) — разработана в 1992 г. Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA —Video electronics standards association),
- • шина PCI (peripheral component interconnect — соединение внешних устройств) — шина соединения периферийных компонентов разработана в 1993 г. фирмой Intel.
Примерами шин расширения являются:
- • шина ISA (industiy standard architecture — архитектура промышленного стандарта),
- • шина EISA (extended или расширенная ISA).
Контроллеры. Управление внешними устройствами может осуществляться самим процессором. Однако для увеличения производительности ПК функции управления ими передается на контроллеры. Контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой «вверенного ему» внешнего устройства по специальным встроенным программам. Например, контроллер накопителя на гибких магнитных дисках (дисковода) умеет позиционировать головку на нужную дорожку диска, читать или записывать сектор, форматировать дорожку и т. п.
Ряд контроллеров смонтирован сразу на материнской плате, например, контроллеры клавиатуры и дисков. Другие располагаются на специальных платах — адаптерах. Адаптеры устанавливаются на материнскую плату с помощью разъемов (слотов).
Чипсеты (англ, chipset — установленные микросхемы). Основой системных плат являются специализированные наборы микросхем -чипсеты. Эти микросхемы вбирают в себя (интегрируют) большинство узлов, которые должны быть на системной плате. За счет такого исполнения узлов добиваются уменьшения габаритов и увеличения надежности системной платы и всего ПК в целом. Обычно чипсеты состоят из двух компонентов, хотя встречаются и однокомпонентные варианты.
Первый чип двухкомпонентного набора, называемый северным мостом (от англ, north bridge), содержит контроллеры, отвечающие за работу процессора, оперативной памяти, видеосредств и связь со вторым компонентом чипсета. Его характеристики определяют частоту шины, тип памяти и ее максимальный объем, а также тип и характеристики видеоподсистемы. Подчеркивая важность и сложность данного чипа, его нередко обозначают по имени всего чипсета, хотя обычно у него свое уникальное наименование.
Второй чип, называемый южным мостом (от англ, south bridge), отвечает за связь с дисковой подсистемой, картами расширения и периферийными устройствами.
Оперативная память (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ или от англ, random access memory — RAM). Физически оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих микросхемы, которые обычно подключаются к материнской плате. Эти микросхемы или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать правильно, должны быть совместимы с системой, в которую устанавливаются.
Сегодня доминирующим стандартом считается память DDR2. Ее постепенно теснит следующий стандарт — DDR3. Модули этого стандарта работают быстрее и обладают примерно на 40 % меньшим энергопотреблением, а следовательно, и теплообразованием. За ними будущее, хотя они конструктивно и электрически несовместимы со своими предшественниками.
Постоянная память (постоянное запоминающее устройство -ПЗУ или от англ, read only memory — ROM). На системной плате представлена микросхемой энергонезависимой памяти, в которой сохраняется программа начальной загрузки компьютера (BIOS).
Видеоподсистема. Важная характеристика ПК — возможности реализованных в нем видеосредств, управление которыми осуществляется элементами системной платы.
Традиционно видеоподсистема выполняется в виде отдельной видеокарты, устанавливаемой в соответствующий слот системной платы. До недавнего времени существовал видеостандарт AGP. Однако несколько лет назад его вытеснили карты стандарта PCI Express, требующие поддержки от чипсета и соответствующего слота на системной плате и обеспечивающие большую скорость обмена информацией, что увеличивает производительность видеоподсистемы компьютера. Для повышения производительности в конструкции ряда системных плат предусмотрены два или даже три специальных слота для использования нескольких видеокарт, совместно обрабатывающих информацию каждого выводимого видеокадра (технологии NVIDIA SLI и ATI CrossFire). Это может быть полезным в современных динамичных видеоиграх с высокой степенью детализации изображения, что предполагает очень большую мощность видеоподсистемы компьютера.
В тех же случаях, когда решаемые компьютером задачи не требуют высокой производительности от видеоподсистемы, оптимальны видеосредства, интегрированные в состав главной микросхемы чипсета. Достоинства такого решения — низкая стоимость, энергоэкономичность и бесшумная работа видеоподсистемы. Производительности даже лучшего встроенного видео может не хватить для ряда высокодинамичных игр, но ее, как правило, достаточно для офисных задач, работы в Интернете и даже для просмотра видео, включая стандарты HD (англ, high-definition — высокая разрешающая способность).
Аудиоподсистема. Кроме видео, в системных платах реализованы многоканальные аудиовозможности, правда, без усилителей мощности. Число аудиоканалов зависит от выбранной модели и нередко достигает восьми.
Дисковая подсистема — к ней относятся средства управления дисками, соответствующие параллельные и последовательные интерфейсы. Диски используются в качестве основных накопителей информации в ПК. В компьютеры встраиваются приводы жестких дисков (hard disk drive — HDD) или винчестеров и различных оптических дисков (CD/DVD). До недавнего времени широко применяли гибкие (floppy) диски, но сейчас они фактически вышли из употребления.
Жесткие диски в основном подключаются посредством интерфейса Serial АТА (англ, advanced technology attachment- присоединение по передовой технологии). В архитектуре современных системных плат предусмотрено несколько соответствующих разъемов. Чем больше разъемов, тем больше накопителей можно подключить.
При необходимости два устройства — HDD и/или CD/DVD — подсоединяют через разъем интерфейса Parallel АТА или ШЕ (англ. integrated drive electronics — драйвер встраивания электронных устройств).
В некоторых моделях системных плат жесткие диски можно группировать в массивы RAID (англ, redundant array of independent/inexpensive disks — избыточный массив независимых/недорогих дисков), что позволяет повысить скорость передачи данных (режим чередования, обеспечивает удвоение скорости) и/или надежности хранения информации (режим зеркалирования, уменьшает доступный объем вдвое).
Периферия. Для подключения периферийных устройств используются интерфейсы USB (iuniversal serial bus — универсальный последовательный порт) и IEEE 1394. Первый из них стал стандартным атрибутом системных плат и служит для подсоединения внешних HDD и USB-флэшек, сканеров, принтеров, фотокамер и т. и. Интерфейс IEEE 1394 (он же FireWire или i-Link) в архитектуре системных плат встречается реже. Он обеспечивает скорость передачи файлов выше, чем USB. Служит для подключения различных видеоустройств, например видеокамер, а также ряда моделей внешних HDD. Может использоваться для связи двух компьютеров с целью оперативной передачи файлов.
Сетевые возможности. Для подключения компьютеров к сети в большинстве моделей системных плат предусмотрен сетевой контроллер Ethernet и соответствующий разъем, выведенный на заднюю панель. Имеются варианты, обеспечивающие скорость передачи данных как 100 Мбит/с (fast ethernet), так и 1 000 Мбит/с (gigabit ether net).
Возможности расширения. Расширение функционала компьютера происходит за счет использования специализированных плат расширения, устанавливаемых на материнскую плату в разъемы (слоты) шин расширения PCI и PCI Express. При этом чем больше слотов, тем больше плат можно установить и соответственно расширить возможности компьютера.
Платы расширения можно разделить на два основных класса: платы, обеспечивающие или расширяющие функциональные возможности ПК, и платы, позволяющие ПК работать в составе измерительных и управляющих систем.
Среди плат, обеспечивающих или расширяющих функциональные возможности ПК, можно выделить следующие типы аппаратных средств ПК, не размещаемых на системной плате:
обязательные платы расширения для минимальной конфигурации ПК: мультикарта с последовательными и параллельными портами, графический адаптер, контроллеры дисководов; платы для расширения функциональных возможностей ПК: внутренние модемы и факс-модемы, звуковые карты, адаптеры локальной сети, адаптер сканера или другого периферийного устройства, графические акселераторы;
платы для расширения коммуникационных возможностей ПК по передаче данных. К ним можно отнести и просто адаптеры с последовательными и параллельными портами, и многофункциональные адаптеры, которые включают как дополнительное количество коммуникационных портов, так и схемы, работающие на более высоких частотах, не поддерживаемых стандартными средствами ПК, или схемы, реализующие иные протоколы обмена (118-485, токовая петля, ШЕЕ 488), адаптеры локальных вычислительных сетей для беспроволочной или оптической связи.
Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий
размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию форм-факторов, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей. Перечислим основные форм-факторы:
- • устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX;
- • современные: ATX; microATX; Flex-ATX; NLX; WTX, СЕВ;
- • внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; ВТХ, MicroBTX и PicoBTX.
В таблице 3.1 представлены форм-факторы материнских плат, соответствующие им размеры, год выпуска и некоторые отличительные особенности, присущие этим форм-факторам.
Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы «Asus», «Gigabyte», «Intel», «Elitegroup», «MSI». Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только компанию «Формоза», которая производила платы, используя компоненты фирм «Lucky Star» и «Albatron».
Форм-факторы материнской платы
ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность
9. Состав и назначение основных элементов компьютера
26.08.2014 12:02 Александр
Компьютер — это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передач» информации. Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.
В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:
· Принцип программного управления — программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
· Принцип однородности памяти — программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!
· Принцип адресности — основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.
Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся: центральный процессор; основная память; внешняя память; периферийные устройства.
Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. В состав системного блока входят все основные узлы компьютера: системная плата; блок питания; накопитель на жестком магнитном диске; накопитель на оптическом диске; разъемы для дополнительных устройств.
На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются: микропроцессор; математический сопроцессор; генератор тактовых импульсов; микросхемы памяти; контроллеры внешних устройств; звуковая и видеокарты и другие устройства.
Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:
· производительность, быстродействие, тактовая частота;
· разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса.;
· типы системного и локальных интерфейсов;
· емкость оперативной памяти;
· емкость накопителя на жестких магнитных дисках;
· наличие и тип накопителя на оптических дисках;
· наличие и тип модема;
· наличие и виды мультимедийных средств;
· имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;
· аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ;
· возможность работы в вычислительной сети;
Центральный процессор
Центральный процессор (ЦП) — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Рисунок 16 — Процессор Intel Core i 7
ЦП выполняет следующие основные функции:
· чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
· чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
· прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
· обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;
· выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
В состав микропроцессора входят следующие устройства.
1. Арифметико-логическое устройство — предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.
2. Устройство управления — координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:
· формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;
· формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;
· получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.
3. Микропроцессорная память — предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.
Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел. В процессоре имеется значительное количество регистров, большая часть которых используется самим процессором и недоступна программисту. Например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд. Программист обратиться к этому регистру не может. Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы (например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов). Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.
Доступ к значениям, хранящимся в регистрах, как правило, в несколько раз быстрее, чем доступ к ячейкам оперативной памяти (даже если кеш-память содержит нужные данные), но объём оперативной памяти намного превосходит суммарный объём регистров (объём среднего модуля оперативной памяти сегодня составляет 1-4 Гб, суммарная «ёмкость» регистров общего назначения/данных для процессора Intel 80×86 16 битов * 4 = 64 бита (8 байт)).
4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя: внутренний интерфейс микропроцессора; буферные запоминающие регистры; схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.
Основные характеристики процессора:
1. Тактовая частота. Измеряется в гигагерцах (ГГц) и указывает на количество выполняемых процессором операций за секунду.
2. Кэш процессора — встроенная в процессор оперативная память. Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров — до 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.
3. Разрядность процессора — это число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство.
4. Сокет — разъем на материнской плате, который предназначено для подключения ЦП. Для процессоров Intel требуется сокеты, которые маркируются следующим образом: LGA, а далее идет трех- или четырехзначное число (775, 1366 или 1156). С процессорами от AMD ситуация другая — здесь используется маркировка «Socket AM2», «Socket AM2+» или «Socket AM3». Отличие Intel’овских сокетов от AMD в том, что первые для крепления процессора используют контактные ножки, а вторые — контактные отверстия.
Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом .
Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.
Этапы цикла выполнения:
1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд , на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения;
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных , и сообщает о готовности;
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду ( машинную инструкцию ) из своей системы команд и исполняет её;
4. Если последняя команда не является командой перехода , процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
5. Снова выполняется п. 1.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).
Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания .
Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой .
Микропроцессоры можно разделить на группы:
· микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;
· микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;
· микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.
CISC ( англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования процессоров , которая характеризуется следующим набором свойств:
· нефиксированным значением длины команды.
· арифметические действия кодируются в одной инструкции.
· небольшим числом регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4 , Pentium D , Core , AMD Athlon , Phenom , которые являются гибридными.
Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel486DX, являются CISC-процессорами с RISC-ядром.
RISC ( англ . Reduced Instruction Set Computer; неправильно — Reduced Instruction Set Computing) — компьютер с сокращённым набором команд .
Это концепция проектирования процессоров (ЦПУ), которая во главу ставит следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее. Простая архитектура позволяет удешевить процессор, поднять тактовую частоту , а также распараллелить исполнение команд между несколькими блоками исполнения (т. н. суперскалярные архитектуры процессоров). Многие ранние RISC-процессоры даже не имели команд умножения и деления. Идея создания RISC процессоров пришла после того, как в 1970-х годах ученые из IBM обнаружили, что многие из функциональных особенностей традиционных ЦПУ игнорировались программистами . Отчасти это был побочный эффект сложности компиляторов . В то время компиляторы могли использовать лишь часть из набора команд процессора. Следующее открытие заключалось в том, что, поскольку некоторые сложные операции использовались редко, они как правило были медленнее, чем те же действия, выполняемые набором простых команд. Это происходило из-за того, что создатели процессоров тратили гораздо меньше времени на улучшение сложных команд, чем на улучшение простых.
Характерные особенности RISC-процессоров:
· фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.
· специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. load-and-store архитектура).
· большое количество регистров общего назначения (32 и более).
· отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово. Так, например, система команд DEC Alpha содержала только операции над 64-битными словами, и требовала разработки и последующего вызова процедур для выполнения операций над байтами, 16- и 32-битными словами.
· отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещенный в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.
MISC ( англ. Minimal Instruction Set Computer) — процессор , работающий с минимальным набором длинных команд. Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово. Это позволило использовать возросшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных. MISC принцип может лежать в основе микропрограммы выполнения Java и. Net программ, хотя по количеству используемых команд они нарушают принцип MISC
Материнская плата
Материнская плата ( англ. motherboard) — это сложная многослойная печатная плата , на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (рисунок 17) . Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения различных видов памяти, а также дополнительных контроллеров , для подключения которых обычно используются шины USB , PCI и PCI-Express
Внешний вид материнский платы
Компьютерная шина (от англ. computer bus) — в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером . В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов (соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.
Компоненты материнской платы
Шина адреса — компьютерная шина , используемая центральным процессором или устройствами для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.
Основной характеристикой шины адреса является её ширина в битах . Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти. Например, если ширина адресной шины составляет 16 бит, и размер слова памяти равен одному байту (минимальный адресуемый объём данных), то объём памяти, который можно адресовать, составляет 216 = 65536 байтов (64 КБ).
Если рассматривать структурную схему микро-ЭВМ, то адресная шина активизирует работу всех внешних устройств по команде, которая поступает с микропроцессора.
Шина данных — в компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам — кому эти данные предназначены.
На материнской плате шина может также состоять из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников (например, в архитектуре IBM PC ).
Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.
Основным компонентом материнской платы является чипсет ( англ. chipset) центрального процессора — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к оперативному ПАМЯТИ (ОЗУ) и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух микросхем: «северного» и «южного мостов».
Северный мост ( англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.
Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI .
Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7 ), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.
В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express . Ранее использовались общие шины ( ISA , VLB, PCI ) и шина AGP .
Южный мост ( англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств ( жёсткого диска , Ethernet , аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI , PCI-Express и USB ), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера ( англ. Super I/O) — микросхемы, беспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).
Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных микросхем, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.
Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера , места ее крепления к корпусу ; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода , сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти , а также тип разъема для подключения блока питания .
Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.
Устаревшие: Baby-AT ; Mini-ATX ; полноразмерная плата AT ; LPX .
Современные: АТХ; microATX ; Flex-АТХ; NLX ; WTX , CEB .
Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX ; Pico-ITX ; BTX , MicroBTX и PicoBTX .