Классификация компьютеров
В зависимости от возможностей компьютеры разделяют на:
1) суперкомпьютеры;
2) большие компьютеры;
3) маленькие компьютеры;
4) микрокомпьютеры;
5) специализированные компьютеры.
Суперкомпьютеры ("Эльбрус", модели серии "Крей") - эти много процессорные системы, которые выполняют миллиарды операций за секунду. Их используют в космических исследованиях, для перспективного прогнозирования погоды на планете, обработка геодезической информации во время поиска полезных ископаемых, а также в воинских исследованиях. Большие компьютеры (например, модели "ЕС-1060", "ЕС-1061", "ЕС-1065" и прочей, а также машины серии "ІВМ-370") эксплуатировали в 70-х -80-х годах для решения научных и производственных задач: планирования производства, учета материалов, начисления зарплаты рабочим и служащим и т.п. Быстродействие больших компьютеров - несколько миллионов операций за секунду. Их обслуживали специалисты, которые работали в вычислительных центрах предприятий и организаций. Для размещения таких компьютеров нужны были специально оборудованные просторные помещения.
Малые компьютеры (например, модели "CM-С", "СМ-4" в нашей стране и машины серии "PDP" фирмы DEC в США) использовали на небольших предприятиях, в научно-исследовательских институтах для решения специфических задач, а также для обучение студентов в вузах. Быстродействие этих машин - 100-500 тысяч операций за секунду. Маленький компьютер помещался в небольшой комнате.
Микрокомпьютеры (а это - персональные компьютеры, портативные компьютеры, специализированные рабочие станции) в 90-х годах заменили большие и маленькие компьютеры. Сегодня персональные компьютеры используют на предприятиях, в научных организациях, учебных заведениях, а также в быте. За пультом персонального компьютера работает один человек. Ни быстродействием, ни объемом памяти персональный компьютер не уступает большому или маленькому. Поэтому он стал наиболее распространенным типом.
Специализированные компьютеры (например, компьютер в часах, в фотоаппарате, в автомобиле, в станках с числовым программным управлением) есть составными разных механизмов. В отличие от универсальных компьютеров, их используют для решения отдельных задач. Их функционирование не требует постоянного вмешательства человека, то есть определенный период времени, они работают автоматически, выполняя одну и ту же функцию. Для выполнения другой работы их надо перепрограммировать.
Упомянутые большие и маленькие компьютеры уже не выпускают. На предприятиях и в учреждениях их заменили персональные компьютеры и серверы, предназначенные для обслуживания широкого круга пользователей.
Сервер - это мощный компьютер или дорогая многопроцессорная система большой производительности, которая предоставляет многим пользователям доступ к оперативной памяти с большим объемом мегабайт и к дисковой памяти емкостью сотни гигабайт. Пользователи, имея в своем распоряжении рабочие станции (дисплей, клавиатуру и т.п.), которые могут быть на значительном расстояния от сервера, подсоединяются и работают. Взаимодействие с сервером происходит по помощи сети и специального программного обеспечения.
Cтруктурная схема ПК
Основным устройством ПК является материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии передачи данных, адресов и управления.
Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения данных.
Подключение всех внешних устройств: клавиатуры, монитора, внешних ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры, карты.
Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Рисунок 1. Структурная схема ПК
Микропроцессор
Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Компоненты микропроцессора:
· АЛУ выполняет логические и арифметические операции
· Устройство управления управляет всеми устройствами ПК
· Регистры используются для хранения данных и адресов
· Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.
Основные характеристики процессора:
· Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.
· Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
· Наличие встроенного математического сопроцессора
· Наличие и размер Кэш- памяти.
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.
Из нее процессор считывает программы и исходные данные для обработки в свои регистры, в нее записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, в результате процессору не приходится ждать при чтении или записи данных в память.
Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ в регистры. По принципу действия различают динамическую память и статическую.
Ячейки динамической памяти представляют собой микроконденсаторы, которые накапливают заряд на своих обкладках. Ячейки статической памяти представляют собой триггеры, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях.
Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ – это емкость и время обращения к памяти. ОЗУ типа DDR SDRAM (синхронная память с двойной скорость передачи данных) считается наиболее перспективной для ПК.
Кэш-память
Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.
При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие.
Контроллеры
Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные.
В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ) с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).
Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате
Системная магистраль
Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их взаимодействие.
Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI – E Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера
Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера.
Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока.
Слоты (разъемы) расширения конфигурации ПК предназначены для подключения дополнительных устройств к основной шине данных компьютера. К основным платам расширения, предназначенным для подключения к шине дополнительных устройств, относятся:
· Видеоадаптеры (видеокарты)
· Звуковые платы
· Внутренние модемы
· Сетевые адаптеры (для подключения к локальной сети)
· SCSI - адаптеры