Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Устройство персонального компьютера(Ранние этапы появления компьютера и его частей)

Содержание:

Введение

В современном мире ни одна компания не может обойтись без компьютерных технологий. При этом компьютер – это сложная система, состоящая из разнообразных устройств и элементов: блок питания, процессор, материнская плата, видеокарта, оперативная память, жесткий диск, монитор, клавиатура и прочее.

За всеми этими деталями и комплектующими необходимо тщательно следить для эффективного использования: проводить техническое обслуживание, вести учет во избежание потерь.

В рамках объекта исследования в реферате рассматривается - персональный компьютер. А в роли предмета – периферийные устройства и состав компьютера.

На основании объекта и предмета исследования цель реферата состоит в исследовании устройства компьютера.

Также в работе необходимо рассмотреть следующие задачи:

– исторические этапы появления персонального компьютера;

– провести исследование данных персонального компьютера;

– изучить особенности персонального компьютера;

– описать периферийные устройства персонального компьютера;

Структура работы представлена введением, 4-мя разделами, заключением и списком использованных источников.

Ранние этапы появления компьютера и его частей

Слово "компьютер" (computer) в переводе с английского означает "вычислитель". Это показывает, что изначально это изобретение появилось как средство для облегчения работы с числами. Следовательно, истоками развития компьютерной техники можно считать ранние попытки создать механические устройства, позволяющие сделать выполнение арифметических операций более эффективным. Одним из первых устройств, служивших этой цели, были счеты (абак), известные с глубокой древности, но на протяжении многих столетий они оставались едва ли не единственным инструментом в своем роде.

Развитие вычислительной техники резко ускорилось лишь с начиная с XVII в., когда, с одной стороны, развитие математики подготовило для этого мощную базу, с другой - потребовались многочисленные вычисления в связи с развитием науки, техники и финансов. Точкой отсчета развития компьютерной техники в современном понимании можно считать 1642 г., когда Блез Паскаль (в честь него впоследствии был назван один из самых популярных языков программирования) сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм.

В 1820 француз Шарль де Кольмар создал механический арифмометр, а в 1833 г. английским математиком Чарльзом Бэббиджом были разработаны проект вычислительной машины, а также теоретическая база для его создания. Идеи Бэббиджа вскоре развила Ада Лавлейс, которую часто называют первым в истории программистом. Для ввода и вывода данных в машине Бэббиджа предлагалось использовать листы из плотной бумаги с пробитыми в особом порядке отверстиями (перфокарты).

В конце XIX века появилась возможность задействовать для реализации идей Бэббиджа электричество. Первую электромеханическую вычислительную машину сконструировал в 1888 г. американский инженер Герман Холлерит. Это изобретение было вскоре использовано при переписи населения, позволив в разы уменьшить количество занятых в этом процессе сотрудников и время обработки первичных статистических данных. В последствии фирма, основанная Холлеритом, стала всемирно известной корпорацией IBM.

В первой половине XX века предпринималось множество попыток создать электрическую вычислительную машину, но все они строились на разрозненных математических и инженерных решениях и представляли собой несовместимые между собой уникальные устройства.

Потребность в выработке единой теоретической базы для компьютеров резко усилилась с Началом Второй мировой войны, когда Союзникам (Англия, США, СССР) потребовалось расшифровывать радиосигналы, которым обменивались вооруженные силы стран Оси (Германия, Италия, Япония). В феврале 1944 на IBM и ученые Гарвардского университета по заказу ВМС США запустили машину Harvard Mark она работала на электромеханических реле с десятичными числами длинной до 23 разрядов. Для ввода и вывода применялась перфолента. Параллельно с 1943 г. американцы вели разработку вычислительной машины на электронных лампах. В 1946 г. она была пущена в эксплуатацию под названием ENIAC. Этот компьютер весил 30 тонн, занимал 170 квадратных метров и содержал 18000 электронных ламп. Большим прорывом было то, что обработку информации ENIAC вел в двоичной системе что позволило в разы повысить скорость вычислений.

В 1971 г. Intel выпустила микропроцессор Intel-4004, и почти сразу же Intel-8008, на основе которых даже любители электроники могли создавать домашние вычислительные устройства. Первым персональным компьютером, изготовлявшимся промышленным способом, стал Altair на базе Intel-8080 (1974 г.). В 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, а в 1981 г. - первый персональный компьютер от IBM (IBM PC).

С 1980-х годов возник устойчивый потребительский спрос на персональные компьютеры, в связи с чем финансирование отрасли резко возросло. Еще более вырос интерес крупного бизнеса к компьютерной технике в связи с развитием сотовой связи, стимулировавшей появление смартфонов - нового класса сверхпортативных компьютеров (лидерами этого сегмента рынка стали Apple и Samsung).

Со временем акцент сместился в сторону разработки программного обеспечения (Microsoft, Adobe и другие компании), а с распространением сети Интернет доходным стало предоставление online-сервисов (Amazon, Google, Yahoo, Baidu, Yandex и другие). В настоящее время компьютерные технологии продолжают бурно развиваться в нескольких направлениях.

С одной стороны, появляются суперкомпьютеры, обслуживающие потребности государств, крупных корпораций и научных организаций. С другой - всё более совершенными становятся персональные устройства, усиленные сетевыми технологиями.

Появляются и новые классы компьютеров: для умных домов, беспилотных автомобилей, роботов и т.п.

Перспективными направлениями развития программного обеспечения являются: искусственный интеллект, нейросети, обработка сверхбольших массивов данных, блокчейн.

В ближайшем будущем ожидается появление квантовых компьютеров, которые позволят достичь еще большей компактности, энергоэффективности и скорости вычислений.

Основные данные персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) - это микро - ЭВМ универсального назначения, рассчитанная на работу с одним пользователем. К этому классу относят как простейшие игровые компьютеры, так и сверхсложные машины с мощным процессором и памятью большой емкости.

ПК состоит из трёх основных частей:

– системного блока;

– клавиатуры;

– дисплея (монитора).

Системный блок - это основной блок ПК, представляющий из себя металлический или пластмассовый корпус (case-кейс) вертикального или горизонтального расположения, в котором находятся важнейшие составные его части:

– блок питания, преобразующий переменное напряжение 220 вольт в постоянный ток низкого напряжения. Для питания процессора необходимо всего 2,9 - 5 вольт;

– материнская плата с центральным процессором;

– внутренняя память (оперативная и постоянная);

– накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер);

– - устройство для чтения информации с компакт- диска (CD – ROM);

– -устройство для записи информации на компакт-диск CD - Writer;

– контроллеры устройств;

– другие вспомогательные элементы (вентилятор, динамик, разъемы (порты) различных типов и т.д.).

На лицевой панели системного блока находятся:

– кнопка включения и выключения питания компьютера (POWER). Она обеспечивает «холодный» пуск компьютера;

– кнопка RESET («горячий» пуск или перезагрузка операционной системы компьютера);

Процессор, установленный на материнскую (системную) плату - основной рабочий элемент ЭВМ. Процессор осуществляет выполнение программ и управляет работой всех других устройств компьютера. Применительно к ПК чаще используется термин микропроцессор, который представляет собой микросхему, содержащую арифметическо-логическое устройство, устройство управления и другие элементы.

Если процессор управляет работой других вспомогательных процессоров (сопроцессоров), то речь идет о центральном микропроцессоре (CPU - Central Processing Unit). Сопроцессоры ориентированы на выполнение каких-либо специфических функций, например, математический сопроцессор (FPU-Floating Point Unit -процессор чисел с плавающей запятой) эффективно (в 100 и более раз быстрее, чем центральный процессор) обрабатывает числовые данные, записанные в формате с плавающей точкой; графический сопроцессор (craphics editor) эффективно выполняет геометрические построения и обработку графических изображений; сопроцессор ввода-вывода разгружает центральный процессор от многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами.

Для увеличения производительности ПК на материнскую плату иногда устанавливают 2 процессора, которые обрабатывают информацию параллельно. Такие ПК имеют повышенную производительность и называются многопроцессорными вычислительными устройствами.

Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью), тактовой частотой и другими параметрами.

Тактовая частота определяет, сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за одну секунду. Поэтому чем больше рабочая частота микропроцессора, тем быстрее ЭВМ выполняет программу. Тактовая частота современного микропроцессора 1-4 ГГц (1000-4000 миллионов герц в секунду).

В настоящее время наиболее распространены процессоры следующих фирм: Intel (65%), AMD (17%), Qualсomm (9,4%), Samsung (8,2%). Наиболее распространенными являются процессоры серии Pentium, Core i, Socket AM3+, Athlon II и др. Важными характеристиками микропроцессора являются также длина машинного слова, набор команд, количество ядер.

Большинство микропроцессоров имеют одну и туже (или слабоварирующуюся) систему команд.

Полный набор команд процессора называется машинным языком или системой команд. Команды предусматривают арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещения данных.

Машинное слово- величина, измеряемая в битах, равна разрядности регистров процессора или разрядности шины данных. У современных компьютеров длина слова равна 32 и даже 64 битам. Увеличение длины слова позволяет увеличивать оперативную память компьютера и работать с большими целыми числами.

Процессоры могут быть одноядерными (Single Core) и многоядерными, (multi-core), т.е. содержать два, четыре, восемь и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле. Известно, что производительность одноядерных процессоров резко снижается, если одновременно выполняется две и более задачи.

Двуядерные процессоры (Dual Core) снабжены двумя ядрами, т.е. работают как два процессора, соединенных в один. Производительность таких процессоров снижается в меньшей степени по сравнению с одноядерными, если приходится решать несколько задач одновременно. Количество ядер процессора может доходить до 16 и более. Однако не следует думать, что производительность компьютера прямо пропорциональна количеству ядер процессора.

Процессор установлен на системную (System Board) или на материнскую плату (Mother Board), которая является главной частью современного компьютера. Ведущие производители материнских плат фирмы: GIGABYTE technology Co. Ltd (Тайвань); ASUSTEK Cоmputer Inc., (Тайвань); Intel Corporation, (США) и др.

На материнской плате установлены следующие компоненты ПК:

– процессор(ы);

– сопроцессор(ы);

– память постоянная;

– память оперативная;

– кэш- память;

– интерфейсные схемы (карты) и разъемы шин расширения ввода/вывода;

– кварцевый генератор синхронизации;

– дополнительные стабилизаторы напряжения питания процессора;

– контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков;

– графический адаптер;

– аудиоканал;

– адаптеры CОМ- и LPT-портов и т.д.;

– другие электронные компоненты.

Системная шина - устройство передачи сигналов, к которому подключены компоненты вычислительной машины. Шина входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором, оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков.

С появлением процессора Pentium была разработана системная шина PCI (Peripheral Component Interconnect local bus - шина соединения локальных компонентов), а с появлением процессоров Pentium II и Pentium III все чаще используется шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), которая на сегодняшний день является наиболее быстрой и перспективной.

Интерфейсные карты и шины расширения ввода/вывода позволяют расширить функциональные возможности ПК. Шины расширения реализованы в виде слотов.

Кварцевый генератор синхронизации - основной тактовый генератор системной платы, вырабатывающий импульсы опорной частоты, которые используются для синхронизации работы процессора, системной шины и шин ввода вывода. Одна из стандартных частот современного генератора синхронизации 66,6 МГц.

Внутренняя (электронная) память ПК реализуется в виде различных устройств: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) или (RAM - Random Assess Memory) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или (ROM - Read Only Memory - память только для чтения).

ОЗУ предназначено для временного хранения информации. Создается в виде двухмерных матриц, элементом которых является ячейка, способная запомнить один бит информации. ОЗУ является энергозависимым запоминающим устройством, т.е. при выключении ЭВМ или перезагрузке операционной системы ПК информация из памяти стирается. В современном компьютере используются микросхемы (модули) динамической (DRAM- Dinamic Random Access Memory) или статической памяти.

ОЗУ характеризуется объемом памяти, которая у современных компьютеров достигает четырех и более Гбайт.

Единицами измерения информации являются:

– бит. Это число 1 или 0;

– байт. Это 8 бит. Одного байта достаточно, чтобы записать одну букву любого алфавита или любой знак;

– 1Кбайг=210 байт =1024 байт. 1Кбайт (1КБ) позволяет сохранить приблизительно 0,5 стр. машинописного текста;

– 1Мбайт=220 байт =1048576 байт. 1Мбайт (1МБ) позволяет сохранить приблизительно 500 стр. машинописного текста;

– 1Гбайт=230 байт. 1Гбайт (1ГБ) позволяет сохранить сотни томов книг;

– 1Tбайт=240 байт. Такие объемы информации используются в основном только в супер-ЭВМ.

ПЗУ - энергонезависимое запоминающее устройство, используемое для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Информация из ПЗУ только считывается. ПЗУ используется для хранения системного программного обеспечения –BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода вывода). BIOS предназначена для хранения набора микропрограмм, обеспечивающих начальную загрузку компьютера.

КЭШ-память представляет собой высокоскоростную память с очень малым временем выборки. В этой памяти храниться небольшая часть часто используемой информации, которая необходима процессору. КЭШ память первого уровня имеет объем 32 Кбайт, а КЭШ память второго уровня имеет объем 256-512 Кбайт.

Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер) - запоминающее устройство с произвольным доступом, основанным на принципе магнитной записи предназначен для хранения информации, в частности, программ операционной системы, прикладных программ и т.д. Жесткий диск - это небольшая герметичная коробочка, в которой содержится несколько магнитных дисков и соответствующие магнитные головки к ним.

Управление работой магнитного диска осуществляется специальным электронным устройством-контроллером диска, например, марки SCSI-2.

Основные характеристики жесткого диска:

– емкость диска (Capacity);

– время доступа к данным на диске (Access Time);

– скорость чтения и записи данных на диск.

Емкость диска - максимальное количество информации, которое может храниться на диске. Выпускаются диски объемом до 4000 Гбайт (4 Тбайт).

Время доступа к данным - среднее время, за которое компьютер может добраться до произвольного участка на диске, составляет у современных дисков 2,5-16 мс.

Скорость чтения и записи данных зависят от параметров жесткого диска (числа оборотов шпинделя, контроллера диска и типа системной шины). Наиболее быстрыми считаются контроллеры типа SCSI и SCSI-2 или Enchanced IDE. Типовая скорость шпинделя - 4200 об/мин, а в новейших конструкциях 15000 об/мин. Однако последние достаточно шумные и используются в мощных серверах.

Устройство для чтения с компакт-дисков - CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) или дисководы для компакт-дисков - важнейший компонент современного ПК, позволяющий эффективно работать с мультимедиа-приложениями (т.е. программами, создающими движущие изображение, звук, текст и т.д.).

Такие устройства и сами компакт-диски относительно надежны и способны хранить большие объемы (до 700 Мбайт) разнообразной информации: справочные материалы, энциклопедические данные, компьютерные программы и многое другое.

Цифровые данные записывают на диск, используя специальное записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих ямок, может быть прочитана путем регистрации изменения интенсивности отражения, (ямки будут темнее, чем фон блестящего серебристого диска).

Чтение информации с компакт-дисков осуществляется с помощью лазерного луча небольшой мощности. Скорость чтения с компакт - диска невелика по сравнению со скоростью чтения данных с винчестера. Способ загрузки диска в накопитель зависит от конструкции, но наиболее распространены устройства с выдвигающимся горизонтальным лотком (подносом) - накопители Tray-Type (Tray-поднос), на которые диск кладется рабочей стороной вниз. Обычная скорость считывания равна 150 Кбайт/с. Устройство обеспечивает увеличение скорости считывания в 2 - 24 раза.

Устройства для записи компакт дисков (СD-R - Compact Disk Recordable) предназначены для однократной записи информации на диск. Внешне такие устройства не отличаются от устройств для чтения с компакт дисков. Запись осуществляется на диски с органическим материалом, который разрушается, что приводит к изменению его коэффициента отражения.

Существуют также устройства для многократной записи на компакт диск (CD-RW Compact Disc Rewritable).

LPT-порт (Line Printer-построчный принтер) - был введен в ПК для подключения принтера. ПК может иметь до 3-х LPT-портов, для подключения различных устройств (сканера, накопителей и т.д.). LPT-порт имеет 25 контактов типа «мама».

COM-порт (Communications Port-коммуникационный порт) обеспечивает асинхронный обмен данными. ПК может иметь до 4-х COM-портов. Эти порты используются для подключения манипуляторов (мышь, трекбол, внешних модемов и других устройств). COM - порт является последовательным портом и имеет 9 или 25 контактов типа «папа». Последовательный порт является более медленным, чем параллельный.

Особенности персонального компьютера

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, - внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. В состав системного блока обязательно входят пять устройств (рис. 1):

– материнская плата,

– процессор (CPU),

– оперативная память,

– память на жестком диске (HDD),

– видеокарта.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания, и, таким образом, мощность блока питания является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт.

Рис. 1. Основные внутренние устройства системного блока

Для отведения тепла, выделяемого при работе процессора, применяется кулер. Кулер – система охлаждения процессора, представляющая собой систему из теплоотводящего радиатора и вентилятора. Кроме обязательных, современный персональный компьютер может содержать различные дополнительные устройства, в основном (но не всегда) подключаемые к системному блоку через соответствующие разъемы.

Материнская плата ПК Один из важнейших модулей компьютера, входящих в состав системного блока, - материнская плата. Материнская плата (motherboard), или системная плата (system board) – центральная комплексная плата, предоставляющая электронную и логическую связь между всеми устройствами, входящими в состав персонального компьютера, рис.2.

Рис. 2. Материнская плата

На материнской плате располагаются основные электронные элементы компьютера:

– Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit – центральное вычислительное устройство, центральный процессор) устанавливается в специальный разъем типа ZIF1 (сокет), позволяющий заменить процессор без специального инструмента (рис. 3);

Рис. 3. Разъем для установки ЦП (сокет, socket)

– Чипсет (chipset) – набор чипов (микросхем), управляющий взаимодействием процессора с другими устройствами. Чипсет полностью определяет все потенциальные возможности материнской платы: используемый процессор, тип и объем памяти, допустимые периферийные устройства;

– Системная шина (system bus) – электрические соединения, по которым устройства компьютера обмениваются сигналами друг с другом.

Все внешние устройства подключаются к шине непосредственно через соответствующие унифицированные разъемы (слоты) или через специфические адаптеры (контроллеры). Скорость 1 ZIF (от англ. Zero Insertion Force — нулевое усилие вставки) — разновидность процессорных и иных разъёмов, снабжённая подвижной планкой, управляемой рычагом и позволяющей устанавливать микросхемы с множеством контактов без существенных усилий.

– Микросхема постоянной памяти (ROM – Read Only Memory – память только для чтения), содержащая набор основных параметров компьютера, необходимых для совместной работы всех входящих в него устройств, и базовую систему вводавывода (Basic Input Output System – BIOS). Содержимое постоянной памяти поддерживается питанием от специальной батарейки;

– Оперативная память (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) реализуется в виде модулей с микросхемами динамической памяти, которые вставляются в специальные разъемы на материнской плате (слоты), рис. 4;

Рис. 4. Разъемы (слоты) для установки модулей ОП

– Кэш-память (cache) – очень быстрая (сверхоперативная) память, которая содержит информацию, необходимую процессору в первую очередь.

– Дополнительные микросхемы (additional chips), выполняющие какие-либо специфические функции, например, встроенный в материнскую плату звуковой чип. Кроме того, материнская плата содержит специальные разъемы (слоты) для подключения различных дополнительных устройств, например, видеокарты, звуковой карты, сетевой карты.

Стандартизированные интерфейсы материнской платы, называемые портами, служат для подключения периферийного оборудования (принтеры, сканеры, внешние запоминающие устройства и др.), рис. 5.

Рис. 5. Порты ввода/вывода

Для увеличения производительности системы используются локальные шины (local bus), связывающие процессор непосредственно с контроллерами периферийных устройств и тем самым увеличивающие общее быстродействие персонального компьютера. При выборе комплектующих для ПК, необходимо учитывать форм-фактор материнской платы.

Центральный процессор, или микропроцессор – это «мозг» персонального компьютера, выполненный в виде небольшой электронной схемы в пластиковом или металлическом корпусе (размер менее 20 см2 ), которая выполняет все вычисления, пересылает данные между внутренними регистрами и управляет ходом вычислительного процесса (рис. 6, 7). Именно процессор отвечает за обработку всех данных в системе и глобально управляет работой аппаратных устройств.

Рис. 6. Микропроцессоры

Рис. 7. Фрагмент печатной платы с установленным микропроцессором

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. В регистрах размещаются и данные и команды. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Видов процессоров существует много, выпускаются они для различных целей и разными производителями. Сегодня ведущими производителями процессоров для компьютеров являются компании Intel3 и AMD4. Независимо от производителя, у каждого процессора есть целый ряд важных характеристик: тактовая частота, разрядность обрабатываемых данных, размер кэш-памяти, количество ядер.

Пример технических характеристик процессора, приводимых на сайтах Internetмагазинов компьютерной техники :

Форм-фактор (от англ. form factor) — стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия, а также описывающий дополнительные совокупности его технических параметров, например, форму, типы дополнительных элементов, размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию.

Например, Процессор Тип процессора Intel® Core™ i7 Модель процессора 6700 Тактовая частота 3.4 Ггц Количество ядер 4 Кэш L3 8192 Кб Кэш L2 1024 Кб Кэш L1 64 Кб Тактовая частота – определяет сколько элементарных операций (тактов) выполняет микропроцессор в одну секунду. Измеряется в гигагерцах (ГГц – GHz). От тактовой частоты в значительной степени зависит быстродействие микропроцессора. Но надо заметить, что утверждение «чем выше тактовая частота, тем "шустрее" процессор» справедливо, если сравнивать между собой поколения CPU одной марки.

Сопоставлять по этому показателю процессоры разных производителей нельзя – при одинаковой тактовой частоте они работают с различной скоростью, поскольку на нее влияют в не меньшей степени и другие характеристики. Например, процессоры марки AMD работают на более низких тактовых частотах, чем Intel, но за один такт производят больше действий. Разрядность (обрабатываемых данных) процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Очевидно, и эта характеристика процессора влияет на его быстродействие. Первые процессоры x86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386, они имеют 32-разрядную архитектуру. Подавляющее большинство современных процессоров являются 64-разрядными, но они полностью поддерживают архитектуру x86. Конечно, для пользователя важно знать, разрядность процессора на его компьютере, так как, например, программное обеспечение, рассчитанное на 64-х разрядный процессор, не может быть установлено на компьютер с 32-х разрядным процессором. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например, с оперативной памятью.

Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память (англ. cache – тайник, тайный склад).

Кэш-память процессора - это сверхпроизводительная память, откуда процессор получает доступ к обрабатываемым данным. Объем ее очень мал и не позволяет вместить в себя исполняемую программу целиком, поэтому в кэш обычно загружены только часто используемые данные. Разумеется, чем кэш больше, тем к большему объему информации процессор может получить быстрый доступ. Поэтому от величины кэшпамяти зависит скорость исполнения программы.

Определить тип процессора, установленного на компьютере, и, более того, получить полную информацию обо всех составляющих компьютера, можно с помощью программ CPU-Z или AIDA 64.

Кэш-память служит буфером, в который загружаются часто исполняемые команды и используемые данные из ОЗУ (оперативная память). Большинство современных процессоров оснащены кэш-памятью двух или трех уровней (рис. 8):

– Кэш-память первого уровня (L1) – самый быстрый из всех уровней, выполняется в том же кристалле, что и процессор, за счет чего имеет наименьшее время отклика и работает на скорости близкой к скорости процессора. Имеет объем порядка десятков килобайт. Еще одна функция этого вида памяти – обеспечивать обмен между процессором и вторым уровнем кэш-памяти.

– Кэш-память второго уровня (L2) – имеет больший объем памяти, чем первый. Находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Одно из предназначений – буфер между вторым и третьим уровнем.

– Кэш-память третьего уровня (L3) – самый медленный из кэшей (но все же значительно быстрее ОЗУ), имеет самый большой объем памяти (может достигать нескольких мегабайт). Выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM7 и размещают на материнской вблизи процессора.

Рис.8. Уровни памяти

В центре современного центрального микропроцессора находится ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура (chip architecture). Процессоры бывают одноядерные и многоядерные Долгое время повышение производительности традиционных одноядерных процессоров в основном происходило за счет последовательного увеличения тактовой частоты (около 80% производительности процессора определяла именно тактовая частота) с одновременным увеличением количества транзисторов на одном кристалле. Однако дальнейшее повышение тактовой частоты (при тактовой частоте более 3,8 ГГц чипы попросту перегреваются!) упирается в ряд фундаментальных физических барьеров.

Многоядерный процессор – это центральный микропроцессор, содержащий 2 и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Чем больше у процессора ядер, тем большее число операций он может выполнять одновременно без потери производительности. Одноядерные процессоры для персональных компьютеров сегодня уже не выпускаются - наступила эра многоядерности.

Именно за счет увеличения числа ядер ведущие производители планируют наращивать мощность процессоров в дальнейшем. Сегодня на персональные рабочие станции устанавливаются, как правило, 2-8 ядерные CPU, а для серверных систем уже существуют и 16-ядерные. В экспериментальных условиях проходят апробирование процессоры, оснащенные более чем 20 ядрами.

За счет параллельной работы ядер процессора (одновременно выполняются несколько независимых потоков команд) при меньшей тактовой частоте многоядерный процессор обеспечивает большую производительность, чем одноядерный. Например, тактовая частота средненького двухъядерного процессора нередко может быть намного ниже частоты неплохого одноядерного процессора, но из-за разделения задач на «обе головы», разница в результатах становится несущественной.

Двухъядерный процессор Core 2 Duo с тактовой частотой 1,7ГГц легко сможет обскакать одноядерный Celeron с тактовой частотой 2,8ГГц, ведь производительность зависит не от одной лишь частоты, но и от количества ядер, кэша и других факторов.

Увеличение производительности за счет количества ядер особенно ощутимо при исполнении многозадачных программ, в логику которых заложено одновременное выполнение нескольких действий. В то время, как одноядерный процессор выполнял бы задачи последовательно - одну за другой, многоядерный - делает это параллельно.

Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства ПК предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. Внешние устройства подключаются к портам ввода/вывода, размещаемым на системной плате компьютера, рис. 9, 10. Управление внешним устройством выполняет контроллер порта, к которому это устройство подключено.

Рис. 12. Стандартизованные интерфесы (порты) ПК

Параллельный порт (LPT) (25-контактный разъем) – предназначен для подключения принтера, сканера и др. До недавнего времени отличался сравнительно высокой скоростью передачи данных.

В последнее время применяется не очень часто и может отсутствовать на современных системных платах. Последовательный порт (COM) имеет меньшую скорость и годится для подключения медленных устройств, например, мыши. В последнее время применяется не очень часто, а на современных платах отсутствует, как устаревший.

Порт PS/2 используется для подключения клавиатуры (PS/2 Keyboard) и мыши (PS/2 Mouse).

Порт USB. Универсальный порт, предназначенный для подключения практически любого устройства- от мышки до принтера и сканера. Отличается не только высокой скоростью, но и тем, что USB-устройства могут подключаться к компьютеру «по цепочке» (до 127 устройств на один порт). Конечно, в том случае, если у каждого «звена» имеется свой USB-порт или USB-хаб на несколько портов одновременно. Единственное правило, которое следует соблюдать при работе с USB – первыми в цепочке должны быть самые производительные устройства: принтер, сканер, колонки, накопители. А в самом конце цепочки – медленные клавиатура и мышь. Еще одно важное качество USB – этот интерфейс позволяет подключать к компьютеру любые устройства без перезагрузки системы, «горячим» способом. Это соответствует идеологии Plug and Play – «включи и работай». Разъемы звукового адаптера.

Каждая системная плата оснащается встроенным звуковым адаптером. Соответствующие разъемы используются для подключения колонок, микрофона и других аудиоустройств.

VGA. Аналоговый порт, служит для подключения монитора. Будет присутствовать при наличии интегрированного (встроенного) видеоадаптера.

DVI. Цифровой порт, предназначен для передачи видеоизображения на цифровые устройства отображения, такие как жидкокристаллические мониторы и проекторы.

HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Мультимедийный интерфейс для передачи высококачественного цифрового видео и звука, позволяет передавать видео в формате Full HD (HDTV – 1920×1080).

eSATA. Порт для подключения внешних жестких дисков и других устройств с интерфейсом Serial ATA. Ethernet (LAN). В большинстве плат имеется один или два разъема для подключения к локальным сетям стандарта Ethernet.

Wi-Fi. Широкое распространение получили беспроводные сети по стандарту IEEE 802.11. Некоторые модели системных плат имеют встроенные адаптеры для работы в таких сетях.

Bluetooth. Еще один вариант беспроводного интерфейса, который чаще всего используется для подключения к компьютеру мобильных устройств, имеющих Bluetooth-интерфейс. Далеко не у каждой системной платы есть встроенная поддержка Bluetooth, но эта проблема легко решается установкой адаптера USB Bluetooth.

Рис. 13. Порты ввода/вывода ноутбука

В зависимости от назначения периферийные устройство можно разделить на следующие группы:

– Устройства ввода данных,

– Устройства вывода данных,

– Устройства для хранения данных,

– Устройства для обмена данными.

Устройства ввода данных Клавиатура – устройство ввода знаковых данных Устройства командного управления (манипуляторы): Мышь. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Тачпад – сенсорная пластина, реагирующая на движение пальца пользователя по поверхности. Удар пальцем по поверхности воспринимается как еажатие кнопки. Недостатком тачпадов является невысокая точность. Для компьютерных игр и в некоторых специальных имитаторах применяются манипуляторы рычажно-нажимного типа (джойстики) и аналогичные им джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства.

Устройства для ввода графических данных Сканер (англ. scanner, от scan «пристально разглядывать, рассматривать») — это устройство ввода, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Графи́ческий планше́т (от англ. graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, digitizing tablet, digitizer — дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода информации созданной от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, так как позволяют создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).

Веб-камера (также вебкамера) — малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).

Монитор – оборудование для визуального отображения текстовой и графической информации, преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображения.

Принтер – оборудование для печати документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, светодиодные и струйные принтеры.

Колонки /наушники (гарнитура) – оборудование для воспроизведения вывода) звука.

Плоттер (графопостроитель) применяется для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока). Назначение графопостроителей – высококачественное документирование чертежно-графической информации.

Проектор – световой прибор, предназначенный для создания изображения с компьютера на большом экране.

Интерактивная доска (англ. interactive whiteboard), представляет собой большой сенсорный экран, работающий как часть системы, в которую также входят компьютер и проектор. С помощью проектора изображение рабочего стола компьютера проецируется на поверхность интерактивной доски. В этом случае доска выступает как экран. С проецируемым на доску изображением можно работать, вносить изменения и пометки. Все изменения записываются в соответствующие файлы на компьютере, могут быть сохранены и в дальнейшем отредактированы или переписаны на съемные носители. В этом случае, электронная доска работает в качестве устройства ввода информации.

Flash-накопители / внешние HDD – запоминающие устройства, использующие в качестве носителя или флэш-память, или внешний жесткий диск, подключаемые к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB или eSATA. Основное назначение внешних накопителей – хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционной системы и др.

Zip-накопители, HiFD-накопители, JAZ-накопители. По своим характеристикам похожи на жесткие диски небольшого объема, но в отличие от них являются сменными. Распространение этих устройств сдерживается высокой ценой.

Модемы – устройства, предназначенные для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и пр. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.

Заключение

В рамках проделанной работы можно сделать следующие выводы.

По мере развития компьютеры существенно уменьшились в размерах, разработчики создали дополнительное оборудование, необходимое для их эффективного использования. ПК характеризуются открытой и совместимой с существующими стандартами архитектурой, возможностью подключения дополнительных функциональных устройств или их замену на более производительные.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека.

Список используемой литературы

Гаврилов, М. В. Информатика и информационные технологии: учебник /М.В. Гаврилов, В. А. Клмимов. – М.: Юрайт, 2016 – 383 с.
Грошев, А.С. Информатика: учебник для вузов / А.С. Грошев. – М.; Берлин:Директ-Медиа, 2015 – 484 с.: ил. – Библиогр.: с. 466
Информатика и математика: учебник / С.Я. Казанцев, В.Н.Калинина, О.Э. Згадзай и др.; под ред. С.Я. Казанцева, Н.М. Дубининой. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Юнити-Дана, 2015 – 558 с.
Информатика: учебное пособие / Новосибирский государственный аграрный университет, Агрономический факультет; сост. С.Х. Вышегуров, И.И. Некрасова. – Новосибирск: ИЦ «Золотой колос», 2014 – 105 с.:
Информационные технологии в юридической деятельности: учеб. Пособие для бакалавров / под ред. В. Д. Элькина. – М.: Юрайт, 2012 – 527 с.
Каймин В.А. Информатика : Учебник / В. А. Каймин. М. : ИНФРА-М, 2005 ISBN 5-16-001928-6 : 121-00. Глава 1, глава 2, глава 3
Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы : Учеб.пособие / В.Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 3-е изд. СПб. : Питер, 2007 - 958 с. : ил. часть 1 Основы сетей передачи данных. Глава 1,глава 2, глава 3,глава 4, глава 5
Попов, А.М. Информатика и математика для юристов: учебник / А.М. Попов, В.Н. Сотников, Е.И. Нагаева; под ред. А.М. Попова. – М.: Юнити-Дана, 2015– 391 с.:
Правовая информатика: учебник / отв. ред. С. Г. Чубукова. – М.: Юрайт, 2016– 314 с.
Прохорова, О.В. Информатика: учебник / О.В. Прохорова; Министерство образования и науки РФ, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», Кафедра прикладной математики и вычислительной техники. – Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2013 – 106 с.:
Скотт Мюллер. Глава 6. Оперативная память // Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17 изд. - М.: "Вильямс", 2007. - С.499-572. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. - 17-е изд. - М.: Вильямс, 2007. - С.59-241.
Теоретические основы информатики: учебник / Р.Ю. Царев, А.Н. Пупков, В.В. Самарин и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015 – 176 с.:
Ермакова, А.Н. Информатика: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А.Н. Ермакова, С.В. Богданова; ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет, Кафедра прикладной информатики, Министерство сельского хозяйства РФ. – Ставрополь: Сервисшкола, 2013 – 184 с.:
Ефанова, Н. Поиск правовой информации: стратегия и практика. – М.: Юрайт, 2016 – 197 с.
Информатика и программирование: учебное пособие / Р.Ю. Царев, .Н. Пупков, В.В. Самарин, Е.В. Мыльникова; Министерство образования и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральныйуниверситет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2014 – 132 с
Информатика: учебное пособие / Е.Н. Гусева, И.Ю. Ефимова, Р.И. Коробков и др. – 3-е изд., стереотип. – М.: Флинта, 2011 – 260 с.
Информатика: учебное пособие / Новосибирский государственный аграрный университет, Агрономический факультет; сост. С.Х. Вышегуров, И.И. Некрасова. – Новосибирск: ИЦ «Золотой колос», 2014 – 105 с.:
Информатика: учебное пособие / С.В. Тимченко, С.В. Сметанин, И.Л. Артемов и др. – Томск: Эль Контент, 2011 – 160 с.