Аппаратное обеспечение персональных компьютеров. 
Локальные вычислительные сети персональных компьютеров

Персональные компьютеры все прочнее входят в нашу жизнь. Если каких-то 15 лет назад их можно было увидеть только в солидных организациях, то сегодня ПК старенький или ультрасовременный, слабенький или невероятно мощный стоит в каждом магазине и офисе, фитнесс-клубе и кафе, библиотеке и квартире. Сложно найти сферу человеческой деятельности, в которой не были бы задействованы компьютеры они используются для ведения бухгалтерского учета и создания сложных научных моделей, разработки дизайна и создания музыки, хранения и поиска информации в базах данных, игр и прослушивания музыки.

Персональный компьютер можно рассматривать с двух точек зрения аппаратного обеспечения (hardware) и программного обеспечения (software). Разумеется, эти сферы тесно взаимосвязаны без аппаратного обеспечения не будет работать ни одна программа, а без программного обеспечения аппаратное обеспечение будет представлять собой просто набор микросхем. Первый вопрос данной работы аппаратное обеспечение. При всем многообразии модификаций и вариантов персональных компьютеров в любой, даже самый экзотический комплект, неизменно входят одни и те же виды устройств. Именно эти базовые устройства, их назначение и виды, и будут рассмотрены в первой главе.

С увеличением числа компьютеров и расширением сферы их применения возникла потребность объединения отдельных ЭВМ в сети. Каждый пользователь — будь он программист или просто любитель поиграть — никогда не сможет иметь у себя все необходимые ресурсы. Одним требуются новые средства разработки и документация. Другим — быстро и удобно передать информацию. Третьим — новые программы, обновления. Все эти задачи решают различные компьютерные сети.

По территориальной классификации сети делятся на локальные (Local Area Network) относительно небольшие сети масштаба предприятия, офиса, дома; муниципальные (Metropolitan Area Network) сети масштаба города; глобальные (Wide Area Network) сети, охватывающие значительное географическое пространство регион, страну, континент, планету. Во второй главе данной работы будут рассмотрены локальные сети их виды, топология, уровни взаимодействия и используемое оборудование. Также будет уделено внимание адресации в IP-сетях.

Целью данной работы является рассмотрение аппаратного обеспечения и локальных вычислительных сетей персональных компьютеров. Для достижения цели предстоит решить ряд задач: в первой части обозначить основные устройства, входящие в состав персонального компьютера; изучить их виды и назначение. Во второй части разобрать уровни сетевого взаимодействия, топологию (способ организации) сетей; представить используемое в сетях оборудование.

Анализируя литературу, отметим, что книг и статей (и электронных, и вышедших в журналах), посвященных как аппаратному обеспечению персонального компьютера, так и локальным вычислительным сетям, чрезвычайно много. Однако большая часть носит сугубо практический, а не аналитический характер и ориентирована на пользователей (или администраторов), которые должны решить конкретную жизненную задачу например, настроить сеть определенной конфигурации. Другая проблема подбора источников быстрое устаревание данных. Так, 5 лет назад беспроводные сети воспринимались как что-то невероятное, сегодня же они широко применяются; многоядерные процессоры тоже вошли в наш обиход совсем недавно.

Глава 1. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров.

1.1. Логическая модель персонального компьютера.

Любая вычислительная машина, сколь бы специфической она ни была, имеет одну и ту же структурную организацию, одни и те выделяемые логически элементы, которые определяют не столь их физическую сущность, принцип работы, сколько их место в вычислительной машине и функциональное назначение, которое отличает их друг от друга по принципу не совместности выполняемых операций. Рассмотрим последовательно логическую организацию типичной современной вычислительной машины и её аппаратную реализацию.

Типичная вычислительная машина, как правило, содержит следующие выделяемые структурные части: устройство управления, арифметико-логическое устройство, память, устройство ввода/вывода. Логическая модель представлена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1. Логическая модель персонального компьютера.

В вычислительных машинах имеются устройства для ввода данных и программ. Данные поступают из подключенных к компьютерам так называемых периферийных устройств ввода. Результаты работы выводятся, соответственно, на устройства вывода. Взаимодействие и связь персональных компьютеров и периферийных устройств обеспечивают порты ввода/вывода. Термином «порт» обозначают аппаратуру, предназначенную для управления и сопряжения периферийного устройства с вычислительной машиной. Совокупность портов ввода/вывода называется модулем ввода/вывода персонального компьютера, или иначе устройством ввода/вывода.

Вся получаемая информация сначала заносится в основную память, а затем, при возникновении необходимости в длительном хранении, переносится во вторичную память. Команды и программы хранятся в основной памяти, организованной на основе двоичной системы счисления. Таким образом минимальная единица информации (бит) хранится в одной ячейке. Каждая из ячеек имеет свой уникальный адрес, однако доступ к ним обеспечивается в произвольном порядке. Основная память, как правило, представляет собой полупроводниковую интегральную плату, называемую ещё «оперативное запоминающее устройство», или ОЗУ. Особенностью основной памяти на ОЗУ является её энергозависимость. Иными словами, при отключении питания от платы вся записанная информация будет утеряна. Для обеспечения энергонезависимости в состав основной памяти включают такой элемент как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое однако не обладает возможностью записи.

Для постоянного хранения информации в современных вычислительных машинах применяется уже упоминавшаяся вторичная память, которая представляет собой, как правило, совокупность магнитных дисков. Вторичная память энергонезависима и поддерживает как чтение, так и запись. Однако скорость этих операций существенно ниже, чем в первичной памяти.

Частью вычислительной машины, отвечающей за организацию автоматического выполнения программ и согласованность остальных элементов вычислительной машины, является устройство управления. В функции устройства управления входит генерация и подача в определённые моменты времени соответствующих управляющих сигналов на управляемые устройства. Назначениями управляющих сигналов могут быть переключение между режимами работы устройства, сигнализация о сбоях, исключениях, организация фактов пересылки информации, вызов команд, программ и данных из памяти и т. д.

Важнейшей частью современной вычислительной машины является так называемое АЛУ (арифметико-логическое устройство), основной функцией которого является генерация выходного сигнала из нескольких (чаще всего) входных сигналов по определённому закону. Иными словами АЛУ обеспечивает выполнение одной арифметической или логической операции в единицу времени. При этом генерируя так же множество вспомогательных сигналов, цель которых охарактеризовать полученный результат, сообщить об ошибке выполнения операции. На основании этих сигналов устройство управления по тем или иным законам выбирает дальнейшую последовательность действий. Далее инициируется очередное арифметическое или логическое действие для АЛУ цикл замыкается. Такой цикл принято называть тактом.

Совокупность устройства управления и АЛУ часто называют центральным процессором (ЦП). Необходимо отметить, что в ЦП так же входят довольно небольшие ячейки памяти, которые позволяют временно хранить результат выполнения операций. Как правило, время хранения в этих ячейках не превышает нескольких тактов. Эти ячейки так же носят название регистров.

Специфическим элементом современной вычислительной машины является таймер. Устройство с автономным питанием от батарейки обеспечивает возможность получения в определённый момент времени текущей даты и времени (год, месяц, день, час, минуты, секунды, миллисекунды).

Наиболее существенными различными в архитектурах вычислительных машин является способ интеграции всех её компонентов в единую систему. Иными словами, именно способ взаимодействия и организация процесса пересылки данных между компонентами обуславливает особенности архитектуры.

Существует два основных способа соединения устройств вычислительной машины непосредственно каждое с каждым и посредством шины. Ввиду дороговизны первого способа наиболее распространённой является шинная организация.

Шина устройство, функцией которого является пересылка команд и данных между устройствами. В шинной организации все компоненты вычислительной машины подключены к одной общей шине, что позволяет получить достаточную в большинстве случаев производительность пересылки данных. Особенностью общей шины является тот факт, что пересылка данных между двумя компонентами в один определённый момент времени полностью исключает такую возможность для другой пары устройств. Естественно что, при больших массивах данных именно пропускная способность шины обуславливает быстродействие системы, являясь самым «узким» местом вычислительной машины. В связи с этим в высокопроизводительных вычислительных машинах целесообразно использовать смешанную организацию, т. е. устройства, наиболее активно обменивающиеся информацией, соединяются непосредственно, а остальные через шину.

На этом описание логической модели можно считать законченным и отражающим основную функциональную базу современной наиболее распространённой вычислительной машины.