Архитектура персонального компьютера

• 1. Архитектура ПК
• 2. Центральный процессор
• 3. Системная плата
• BIOS — Basic Input/Output System
• Чипсет
• Звуковая плата
• 4. ОЗУ — Оперативное запоминающее утройство
• Память статического типа (SRAM)
• 5. Видеоподсистема
• Жёсткий диск
• Используемые ресурсы

1. Архитектура ПК

Основная компоновка частей компьютера и связь между ними называется архитектурой Персонального Компьютера (ПК). При описании архитектуры ПК определяется состав компонентов, входящих в неё, их функции и характеристики.

Центром работы компьютера является системный блок, который в свою очередь подразделяется на:

· Центральный процессор;

· Оперативное запоминающее устройство:

· Системная плата;

· Видеокарта;

· Корпус;

· Блок питания;

· Жёсткий диск;

· Оптический привод.

Об этих устройствах сейчас и пойдет речь.

2. Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП, ЦПУ, CPU) — электронный блок или микросхема, главная часть аппаратного обеспечения. Он управляет работой всех узлов компьютера и программой, описывающей алгоритмы. ЦП переводит всю обрабатываемую информацию в цифровую, т. е. более понятную для него. Физически, — это маленькая электронная схема на материнской плате, выполняющая все вычисления и обработку информации. Процессор работает с высокой скоростью и может выполнить десятки или даже сотни миллионов операций в секунду. Его можно представить в виде следующих основных узлов:

· устройство управления, предназначенное для дешифрования и исполнения команд;

· рабочие регистры, необходимые для адресации памяти и выполнения вычислительных операций;

· арифметико-логическое устройство, выполняет логические и арифметические операции;

· управление вводом — выводом, ввод-вывод данных в процессор или из процессора;

Процессор работает с командами, которым предписывается действие, выполняемое процессором. Любая программа, выполняемая процессором, состоит из множества различных команд.

Рассмотрим вкратце формат команды. Информация в компьютере хранится в виде двоичного кода, составленного из последовательностей 0 и 1. Эти последовательности имеют разрядность кратную 8, т. е. 8 — разрядные, 16 — разрядные, 32 — разрядные и т. д. 0 или 1 в такой последовательности носит название бит. Соответственно:

8 бит = 1 байту;

16 бит = 1 машинному слову;

32 бита = двойному машинному слову.

В компьютере объём информации определяется в следующих величинах:

1024 байт = 1 килобайту (Кб);

1024 Кб = 1 мегабайту (Мб);

1024 Мб = 1 гигабайту (ГБ);

1024 Гб = 1 терабайту (Тб).

Процессор работает с оперативной памятью, так как в ней хранятся данные, необходимые процессору для работы. Также в оперативную память процессор помещает результаты своих вычислений перед окончательным сохранением в

долговременной памяти компьютера.

3. Системная плата

Системная плата (Материнская плата, Motherboard) — плата, соединяющая на себе устройства компьютера. Важной функцией материнской памяти является то, что она несёт на себе микросхему BIOS, в которую записана информация о конфигурации компьютера и информация о начальной загрузке компьютера.

На материнской плате располагается множество различных устройств, таких как:

· Центральный процессор;

· Микросхема BIOS;

· Чипсет (южный и северный мосты);

· Слот AGP;

· Слоты PCI;

· Разъёмы IDE;

· Разъёмы SATA:

· Контроллеры SATA;

· Разъёмы для подключения USB-устройств или дополнительных USB-портов;

· Разъём для подключения кнопок лицевой панели системного блока;

· Звуковая плата;

· Порты PS 2 для клавиатуры и мыши.

А теперь подробнее об этих устройствах.

BIOS — Basic Input/Output System

BIOS (Basic Input/Output System) — базовая система ввода-вывода — часть системного ПО, предназначенная для обеспечения операционной системе доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам. В BIOS зашита конфигурация компьютера и программа его начальной загрузки. При включении питания компьютера BIOS инициализирует устройства, которые подключены к материнской плате, проверяет их работоспособность. Если всё нормально, то BIOS ищет загрузчик на носителях информации, таких как, например, жёсткий диск. После загрузчик предаёт управление операционной системе. В новых материнских платах может быть 2 микросхемы, что повышает устойчивость BIOS.

Чипсет

Чипсет — набор микросхем, выполняющих набор каких-либо функций. В компьютерах чипсет размещается на материнской плате и выполняет роль компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, ЦП, ввода-вывода и других. Чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем. Это Северный и Южный мосты.

Северный мост (контроллер-концентратор памяти) — обеспечивает взаимодействие процессора с памятью. С ЦП соединяется высокоскоростной шиной. Также он осуществляет передачу команд процессора к оперативной памяти, преобразование этих команд в формат, необходимый для обращения к конкретной группе ячеек оперативной памяти. Именно контроллер оперативной памяти является ответственным элементом за все операции, которые производит процессор с оперативной памятью. Контроллер динамической оперативной памяти состоит из таких элементов:

· устройство управления;

· устройство записи;

· устройство считывания;

· дешифратор строк;

· дешифратор столбцов;

Интерфейс системной шины — отвечает за взаимодействие процессора с остальными устройствами, подключенными к северному мосту, а именно: с оперативной памятью, видеокартой и южным мостом.

В состав северного моста может входить либо графический процессор, либо контроллер шины AGP, либо и то и другое вместе. Графический процессор выполняет функции видеокарты, но его возможности по сравнению видеокартой значительно ниже. Контроллер шины AGP предназначен для взаимодействия видеокарты с процессором и оперативной памятью. Процессор выдаёт команды на выведение графической информации, контроллер системной шины передаёт эти команды в контроллер шины AGP и затем по шине AGP данные поступают на видеокарту, при помощи своего графического процессора выполняет вывод графической информации на монитор.

В настоящее время шина AGP и видеокарты для разъёмов AGP уже устарели. На смену им пришёл новый интерфейс PCI-E, который получил развитие на базе шины PCI.

Роль северного моста в компьютерной системе весьма значительна. Ведь именно он определяет, какой процессор, какая динамическая оперативная память и какая графическая система будут установлены в компьютере. Северный мост входит в ряд сложных электронных устройств, в составе которого может находиться несколько сот миллионов элементарных транзисторов. Значит, тепловыделение может быть весьма значительным, что влияет на стабильность работы северного моста. Именно поэтому он практически всегда имеет встроенный радиатор для охлаждения, зачастую с кулером.

Южный мост (контроллер-концентратор ввода-вывода) — это микросхема, связывающая «медленные» взаимодействия на материнской плате с ЦП через северный мост, который, в отличие от южного, подключён напрямую к процессору. Он отвечает за управление устройств ввода-вывода с более быстродействующими устройствами, установленными на северный мост: процессором, оперативной памятью и видеокартой. Поэтому функцией южного моста является передача необходимых данных и сигналов управления устройству, подключенному к нему от процессора, оперативной памяти или видеокарты.

В зависимости от исполнения, в состав южного моста могут входить звуковой, сетевой, USB контроллеры. Современные южные мосты поддерживают шину PCI-Express.

PCI-E (PCI-Express) — это компьютерная шина, которая использует программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных. Шина PCI-E практически вытеснила интерфейс и шину AGP. На современных платах число разъёмов PCI-E может доходить до трёх. А из этого следует, что можно использовать две или три видеокарты.

Одним из важнейших устройств не только самого южного моста, но и компьютера в целом, является контроллер прерываний. Его основной функцией является передача процессору сигнала от периферийного устройства, с тем, чтобы процессор обработал информацию от этого устройства.

Также не менее важным является контроллер прямого доступа к памяти или контроллер DMA. Его использование позволяет достичь в некоторых случаях заметного быстродействия. Все взаимодействия в компьютере происходят через центральный процессор. Если между двумя устройствами должен произойти обмен данными, то центральный процессор сначала считывает данные от первого устройства, а затем передаёт эти данные другому устройству.

Суть режима DMA состоит в том, что устройства, между которыми происходит обмен информацией, информируют процессор о выбранном режиме, и о занятии шины, по которой будет происходить обмен.

архитектура персональный компьютер видеокарта

Контроллер шины SMbus отвечает за шину, задачами которой являются вспомогательные функции, такие как, например, контроль за температурой корпуса центрального процессора.

Управление питанием служит для снижения энергопотребления компьютерной системы в целом. Это позволяет экономить ресурсы. Если включен один компьютер, то это не так заметно. А если целая сеть, то экономия электричества будет ощутима. Современные компьютеры включают режим сниженного энергопотребления, когда на них никто не работает, но остаются включенными.

USB (Universal Serial Bus)

USB (универсальная последовательная шина) — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания, но максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА. К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда» .

PS/2 порты

PS/2 — разъем, применяемый для подключения клавиатуры и мыши. Но в настоящее время все больше компьютерных мышей и клавиатур имеют разъем USB, а некоторые современные материнские не имеют разъема PS/2 или имеют только один разъем.

Звуковая плата

Звуковая плата (звуковая карта, аудиокарта) — дополнительный элемент компьютера, не относящийся к его основному предназначению, позволяющий обрабатывать звук. На момент появления представляла собой отдельную плату, устанавливаемую в слот расширения. В современных ПК присутствует в виде микросхемы, интегрированной в чипсет материнской платы. Также выпускается в виде внешнего устройства.

4. ОЗУ — Оперативное запоминающее утройство

Оперативная память (RAM) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения заданной операции. Передача данных в оперативную память или неё процессором производится через сверхбыструю память.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может существовать как отдельный блок или входить в конструкцию. ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти, содержащие полупроводниковые БИС ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом.

Память динамического типа (DRAM)

Это экономичный вид памяти. Для хранения разряда используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора. Такой вид памяти решает проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и проблему компактности (там, где в SRAM размещается один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Однако есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее. Во-вторых, конденсаторы со временем разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. За это память на конденсаторах получила своё название: динамическая память.

Память статического типа (SRAM)

Статическая память с произвольным доступом. Достоинство этого вида

памяти — скорость. Триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти тоже имеет свои недостатки. Во-первых, группа транзисторов одного триггера обходится дороже, даже если они содержатся миллионами на одной кремниевой подложке. Во-вторых, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. Такая память используется для организации сверхбыстрого ОЗУ.

5. Видеоподсистема

Видеокарта (графическая плата, графическая карта, видеоадаптер, графический адаптер) — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера или самого адаптера, в форму, предназначенную для дальнейшего вывода на экран монитора. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, ISA, VLB, EISA, MCA) или специализированный (AGP), но бывает и интегрированной в системную плату (как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ). Тогда функции видеокарты на себя берёт чипсет. Однако в этом случае возможности графики очень ограничены: например, в играх будут наблюдаться торможения, нечёткая картинка и т. д. Поэтому компьютеры со встроенной видеокартой используют в офисах, где работают в основном с документацией.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с ЦП компьютера. Например, все современные видеокарты осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

Жёсткий диск

Накопитель на жёстких магнитных дисках (НЖМД, HDD, HMDD, винчестер, винт, жесткий диск, хард, харддиск) — устройство долговременного хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Именно на «жёстком» диске хранится операционная система и вся остальная информация. При включении компьютера операционная система загружается в оперативную память. Напрямую с жёстким диском процессор не работает. Если необходимых данных в оперативной памяти нет, то процессор даёт команду, и оперативная память подгружает необходимую информацию с жёсткого диска и выгружает на него информацию, которая пока не нужна.

В отличие от «гибкого» диска, в жёстком информация записывается на алюминиевые или стеклянные пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. Используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет около 10 нм, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их контакт с поверхностью дисков.

Используемые ресурсы

1. Интернет-ресурс http://ru. wikipedia.org

2. Интернет-ресурс http://www.sdelaycomputersam.ru