Изучить аппаратные ресурсы ПК

Операционная система тесно связана с оборудование компьютера, на котором она должна работать. Аппаратное обеспечение влияет на набор команд операционной системы и управление его ресурсами. Поэтому необходим определенный объем знаний о компьютере.

Любой компьютер состоит из четырех частей — устройства ввода информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода информации. Взаимодействие этих устройств представлено на рисунке 1.1. Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу (компьютеры класса Notebook) или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств (большие компьютеры, такие как ЕС ЭВМ).

Рисунок 1. Взаимодействие устройств ПЭВМ Чаще всего персональный компьютер состоит из системного блока, видеомонитора, клавиатуры и мыши, возможно подключение звуковых колонок, микрофона, сканера, принтера, модема. Существуют другие периферийные устройства ввода — вывода. Все вышеперечисленные устройства подключаются к системному блоку, а именно к системной плате компьютера через определённые разъёмы (шины), интерфейсы и другие устройства, входящие в состав ПЭВМ.

Материнская (системная) плата — важнейший элемент ПК, на ней размещаются устройства непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычислений), как правило это микропроцессор, внутренняя память, системная шина, контроллер клавиатуры, генератор тактовой частоты, контроллер прерываний, таймер и др. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются к системной магистрали передачи данных в компьютере — шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названия фирм, их выпускающих.

Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных — шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: адресная шина и шина данных. В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера:

• — микропроцессор — мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК;
• -оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
• — контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК;
• — накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты;
• — накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер);
• — дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпакт дисков, а также запись информации на компакт-диск;
• — блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера;
• — счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет;

Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:

• — устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);
• — устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.);
• — устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т. д.);
• — устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т. д.).

Основа любой системной платы — чипсет, то есть набор микросхем, обеспечивающих взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами. В его состав входят два основных чипа, которые обычно называются северным (Northbridge) и южным (Southbridge) мостами. Иногда северный мост называют системным контроллером, южный — функциональным контроллером. Основная задача северного моста — обеспечить связь процессора с оперативной памятью и видеосистемой. Данные между процессором и северным мостом обмениваются с помощью шины FSB, между северным мостом и оперативной памятью — с помощью специальной шины памяти, между северным мостом и видеосистемой — с помощью шины AGP или PCI Express. Южный мост обменивается данными с северным мостом и различными периферийными устройствами, и большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост. Функциональный состав типичного южного моста:

• * контроллер IDE;
• * контроллер Serial ATA/RAID;
• * контроллер дисковода;
• * контроллер шин PCI и ISA;
• * USB-контроллер;
• * звуковой контроллер;
• * сетевой интерфейс;
• * контроллеры портов ввода/вывода.

Южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS. Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интегрирована в состав южного моста.

Второй основой составляющей любого компьютера является память. В идеале память должна быть максимально быстрой, достаточно большой и чрезвычайно дешевой. На данный момент не существует технологий, удовлетворяющих всем этим требованиям, поэтому используется другой подход. Системы памяти конструируются в виде иерархии слоев. Верхний слой состоит из внутренних регистров центрального процессора. Они сделаны из того же материала, что и процессор, и так же быстры, как и сам процессор. Поэтому при доступе к ним не возникает задержек. В следующем слое находится кэш-память. Оперативная память разделена на кэш-строки, обычно по 64 байт, с адресацией от 0 до 63 в нулевой строке, от 64 до 127 в первой строке и т. д. Наиболее часто используемые строки КЭШа хранятся в высокоскоростной кэш-памяти, находящейся внутри центрального процессора или очень близко к нему. Когда программа должна прочитать слово из памяти, кэш-микросхема проверяет, есть ли нужная строка в КЭШе. Если это так, то происходит результативное обращение к кэш-памяти, запрос удовлетворяется целиком из КЭШа и запрос к памяти на шину не выставляется. Удачное обращение к КЭШу занимает по времени около двух тактов, а неудачное обращение приводит к обращению к памяти с существенно потерей времени. Кэш-память ограничена в размере, что обусловлено ее высокой стоимостью.

Далее следует оперативная память. Это главная рабочая область запоминающего устройства машины. Следующим слоем идет магнитный жесткий диск. Дисковая память на два порядка дешевле ОЗУ в пересчете на бит и на два порядка больше по величине. У диска есть одна проблема: случайный доступ к данным на нем занимает примерно на три порядка больше времени.

Последний слой в пирамиде памяти занимает магнитная лента. Этот носитель часто используется для создания резервных копий пространства жесткого диска или для хранения очень больших наборов данных. Для доступа к информации на ленте ее сначала нужно поместить в устройство для чтения магнитных лент. Затем лента перематывается до запрашиваемого блока с информацией. Весь процесс может длиться минуты. Большой плюс ленты в том, что они дешевы и мобильны. Это очень важно для резервных копий, которые нужно содержать отдельно, чтобы они сохранились после стихийных бедствий.