Техническое обеспечение компьютера

Содержание 

 Введение………………………………………………………………………….2

1. Внутренние  устройства ПК…………. ………………………………………..3

2 Внешние устройства ПК ………………………………...……………………..9

3. Перспективы  развития аппаратного обеспечения……………….………….12

Заключение………………………………………………….…………..………..19 

 Список использованных  источников……………………………………..…....20

 

Введение

     В настоящем времени трудно назвать  те области человеческой деятельности, успехи в которых не были бы связаны  с использованием компьютера. Сфера  применения компьютера постоянно расширяется, существенно влияя на развитие производительных сил нашего общества. Непрерывно изменяются технико-экономические характеристики компьютера, например, такие, как быстрота действия, ёмкость памяти, надёжность в работе, стоимость, удобства в эксплуатации, габаритные размеры, потребляемая мощность и др. В широком понимании всякий компьютер рассматривается как преобразователь информации. При этом под информацией понимается различные сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни или процессах, протекающих в технических устройствах.

Персональный  компьютер (ПК) – это не один электронный  аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных  устройств, каждое из которых выполняет  определенные функции. Часто употребляемый  термин "конфигурация ПК" означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д. [1, 201 с.]

 Эффективность  использования ПК в большой  степени определяется количеством  и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

     Обычно IBM-совместимые ПК состоят из трех частей (блоков):

     -системного блока;

     -монитора (дисплея);

     -клавиатуры (устройства, позволяющего вводить символы в компьютер).

     Компьютеры  выпускаются и в портативном  варианте – в “наколенном” (лэптоп 4-12кг), или “блокнотном” (ноутбук 2-6кг), исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены  в один корпус:

     Однако есть устройства, которые в любом случае установлены на современном персональном компьютере.

 

      1. Внутренние  устройства ПК.

1.1.Микропроцессор 

     Самым главным элементом в компьютере, его “мозгом” является микропроцессор – электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора, созданного в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. [1, 112с.]

     На  первый взгляд процессор это просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных  элементов – транзисторов, которые  в совокупности и наделяют компьютер способностью “думать”. Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора – “вычислителя” и сопроцессора – специального блока для операций с “плавающей точкой” (или запятой). Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для работы с рядом графических программ.

     Процессоры, предназначенные для работы одной  копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную  реализацию мультипроцессорности.

     Первым  многоядерным микропроцессором стал POWER4 от IBM, появившийся в 2001 и имевший два ядра.

     В октябре 2004 Sun Microsystems выпустила двухъядерный процессор UltraSPARC IV, который состоял  из двух модифицированных ядер UltraSPARC III. В начале 2005 был создан двухъядерный UltraSPARC IV+.

     14 ноября 2005 года Sun выпустила восьмиядерный  UltraSPARC T1, каждое ядро которого  выполняло 4 потока.

     5 января 2006 года Intel представила первый  двухъядерный процессор на одном  кристале Core Duo, для мобильной платформы.

     В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший объём кэша и рабочие частоты. В октябре 2007 года в продаже появились восьмиядерные UltraSPARC T2, каждое ядро выполняло 8 потоков.

     10 сентября 2007 года были выпущены  в продажу нативные (в виде  одного кристалла) четырёхъядерные  процессоры для серверов AMD Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona.19 ноября 2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

     Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырёхъядерные процессоры которой  представляют собой фактически склейку  двух двухъядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач

     На  данный момент массово доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами, а также 2, 3 и 4-модульные  процессоры AMD поколения Bulldozer. В серверном  сегменте также доступны 8-ядерные  процессоры Xeon и Nehalem (Intel) и 12-ядерные Opteron (AMD)[2, 156 с.]

1.2 Кэш память 

     Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначена для хранения промежуточных результатов. [1, 78 с.]

     Кэш-память второго уровня – память чуть медленнее, зато больше – от 128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора, а может – отдельно, в виде дополнительного кристалла .

     Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная  память.

1.3 Оперативная память

     Оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) - в информатике - память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). [1, 100 с.]

     Предназначена для временного хранения данных и  команд, необходимых процессору для выполнения им операций.

     Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память.

     Каждая  ячейка оперативной памяти имеет  свой индивидуальный адрес. ОЗУ может  изготавливаться как отдельный  блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

     На  сегодня наибольшее распространение  имеют два вида ОЗУ:

     SRAM (Static RAM) ОЗУ, собранное на триггерах, называется статической памятью с произвольным доступом, или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти -- скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. [1, 312 с.]

     DRAM (Dynamic RAM) Более экономичной вид памяти. Для хранения разряда (бита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и, во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того, чтобы установить в 1 бит на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того, чтобы бит установить в 0, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные (в 10 и более раз) операции, чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус -- конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое битов, конденсаторы необходимо регенерировать через определённый интервал времени, чтобы восстанавливать заряд. Регенерация выполняется путем считывания заряда (через транзистор). Контроллер памяти периодически приостанавливает все операции с памятью для регенерации её содержимого, что значительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Память на конденсаторах получила своё название Dynamic RAM (динамическая память) как раз за то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени. [5, 45 с.]

     Чтобы компьютер работал, необходимо, чтобы  в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера. Таким образом, для компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:  

     1.4 Контроллеры и  адаптеры  

     1) Для каждого внешнего устройства  в компьютере имеется электронная схема (контроллер или адаптер), которая им управляет. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

     2) Все контроллеры и адаптеры  взаимодействуют с процессором  и оперативной памятью через  системную магистраль передачи данных, называемой шиной. Шина – системная плата, обеспечивающая ввод-вывод информации. Характеристикой шины является скорость обмена.

     Основные  типы шин (расположены в порядке  улучшения характеристик): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP. Разъёмы-“слоты” стандарта PCI. Родился он около 20 лет назад и сегодня является основным стандартом слотов для подключения дополнительных устройств. Разъёмы PCI – обычно самые короткие, белого цвета, разделенные своеобразной “перемычкой” на две неравные части. Ранее в слот PCI устанавливалась и видео карта, теперь для этой цели служит разъем AGP (Advanced Graphic Port). Это специальный, более быстрый с точки зрения пропускной способности слот. [3, 127 с.]

     Для упрощения подключения устройств  электронные схемы состоят из нескольких модулей – электронных плат. На основной плате компьютера – системной (материнской) – располагаются процессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. “Гнездо” для установки процессора: для каждого форм-фактора процессора существует свой тип материнской платы, как правило, несовместимый с другими процессорами.

     Наиболее  известными производителями системных плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock. [7, 178 с.]

     Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах, является контроллер портов ввода-вывода.

     Типы  портов:

     -параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры;

     -последовательные асинхронные порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются мышь, модем и т. д.;

     -игровой порт – для подключения джойстика;

     -порт USB (USB 2) – - порт с наивысшей скоростью ввода-вывода, к нему подключаются новые модели принтеров, сканеров, модемов, мониторов и т.д. Одним из его достоинств является возможность подключения целой цепочки устройств. Например, через один порт USB подключен принтер, через принтер подключен сканер и т.д.