Реферат: Архитектура и основные характеристики персонального компьютера

--PAGE_BREAK--Кэш-память. Кэшированием данных называется размещение наиболее важных и часто используемых данных в области памяти с более быстрым доступом. Применение кэширования существенно повышает быстродействие ПК при чтении данных (в 10-1000 раз). Помимо кэширования операций чтения данных можно выполнять кэширование записи данных. Применение кэш-записи еще более увеличивает скорость работы ПК, но повышает риск потери данных в случае внезапного выхода системы из строя (например, при отключении электропитания).
Связь устройств с материнской платой осуществляется ее шинными интерфейсами. Пропускная способность первой шины, выполненной два десятка лет назад в архитектуре ISA, составляла около 5,5 Мбит/с. Расширением этого стандарта стал EISA (расширенный ISA) производительностью до 32 Мбит/с. С 2000 г. выпуск материнских плат для разъемов ISA и EISA прекращен из-за низкой производительности этих шин.
С выходом процессора Intel 80386 и 80486 для обмена данных между оперативной памятью и процессором внедрен новый стандарт VLB, позволяющий увеличить производительность шины до 130 Мбит/с.
С появлением процессора Intel Pentium внедрена шина стандарта PCI производительностью до 264 Мбит/с для 32-разрядных данных и 528 Мбит/с для 64-разрядных данных. Шина имеет разъемы для подключения внешних устройств и PCI-мосты в виде чипсета для связи с основной шиной ISA/EISA. Внедрение шины PSI позволило впервые реализовать режим Plug And Play, состоящий в способности операционной системы автоматически реагировать на появление нового устройства и производить его установку на компьютере при помощи автоматических программных средств.
Позднее, с выходом процессора Intel Pentium Pro, получит использование шина FSB производительностью до 800 Мб/с, а для обеспечения высокой производительности видеокарт – шина AGP с пропускной способностью до 1066 Мб/с.
Наиболее совершенной считается шина USB, предназначенная для связи материнской платы с периферийными устройствами. Ее достоинствами являются: возможность подключения практически неограниченного количества таких устройств (до 256); отсутствие конфликтов оборудования; возможность подключения новых устройств во время работы компьютера и объединения нескольких компьютеров в сеть без установки специального сетевого программного обеспечения.
Внешняя память реализована обычно на магнитных или оптических накопителях (носителях данных).
Накопители данных. Для хранения программ и данных в персональных компьютерах используют различного рода накопители, общая емкость которых, как правило, в сотни раз превосходит емкость оперативной памяти. По отношению к компьютеру накопители могут быть внешними и внутренними (встроенными). Внешние накопители имеют собственный корпус и источник питания, что экономит пространство внутри корпуса компьютера и уменьшает нагрузку на его блок питания. Внутренние накопители крепятся в специальных монтажных отсеках, что позволяет создавать компактные системы, которые совмещают в системном блоке все необходимые устройства. Сам накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями. Используемые в настоящее время накопители имеют различные интерфейсы, среди которых преобладают EIDE (ATAPI) и SCSI. Встречаются решения на основе USB, PCMCIA, FireWire и других интерфейсов. Основы информатики: Учеб. Пособие / В. А. Коднянко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004
Жесткие диски (HDD). В 1973 г. фирмой IBM по новой технологии был разработан жесткий магнитный диск, который мог хранить до 16 Кб данных. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждый из которых был разбит на 30 секторов, то ему присвоили название 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называться винчестерами. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками первоначально были заключены в герметически закрытый корпус. В современных винчестерах пакет дисков крепится на дисководе, система негерметична. Толщина воздушной подушки, создаваемой аэродинамикой вращающегося диска и формой головки, гораздо тоньше человеческого волоса.
Важнейшими характеристиками винчестеров являются емкость, производительность и среднее время доступа.
Современные жесткие диски имеют значительную ёмкость и могут хранить до 160 Гб данных. Их собственная производительность также весьма высока – 60 Мб/с и выше, поэтому конечная производительность при передаче данных через интерфейс, связанный с материнской платой, определяется также пропускной способностью этого интерфейса. В зависимости от его типа диапазон значений может быть значительным: от нескольких мегабайт в секунду для интерфейсов EIDE до сотни и более мегабайт в секунду для SCSI. Среднее время доступа (СВД) определяется интервалом времени, который необходим для поиска нужных данных. Оно, в свою очередь, зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся со скоростью до 7200 об/мин, СВД составляет 5-10 мкс.
Дискеты (флоппи-диски) используются как самое дешевое средство резервного копирования (объемом информации не более 10 Мб), а также для переноса данных с одного ПК на другие, в том числе с портативных на стационарные ПК. Дискеты каждого типоразмера (5,25 и 3,5 дюйма) бывают обычно двусторонними. Плотность записи может быть одинарной (Single Density), двойной (Double Density) и высокий (High Density). В настоящее время используются только дискеты типоразмера 3,5 дюйма. Их емкость составляет 1,44 или 2,88 Мб. Магнитный диск помещен в прочный пластмассовый корпус. Зона контактов магнитных головок с поверхностью диска закрыта специальной шторкой (задвижкой), отодвигаемой только внутри накопителя. Скорость чтения/записи для 3,5-дюймового дисковода составляет около 63 Кб/с, среднее время поиска – порядка 80 Мс. На диске располагается 80 дорожек. На дискетах предусмотрена возможность защиты от записи. Основы информатики: Учеб. Пособие / В. А. Коднянко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004
Оптические компакт-диски (CD ROM) являются основным видом носителя для тиражирования и распространения программного продукта и больших баз данных, самыми надежными и долговременными хранилищами данных. Они состоят из поликарбонатной основы, отражающего и защитных слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется напыленный алюминий. Цифровая информация представляется здесь чередованием впадин (неотражающих пятен) и отражающих свет островков. Диаметр такого диска обычно составляет 5,25 дюйма. Компакт-диск имеет одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Считывание информации с компакт-диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий это состояние как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается, и, следовательно, фотодетектор луч не фиксирует (фиксирует двоичный ноль). Емкость компакт дисков составляет от 170 (мини-CD ROM) до 650 Мб. Современные материнские платы поддерживают загрузку компьютера с CD ROM, что удобно при установке новой операционной системы или при проверке компьютера на наличие вирусов.
В настоящее время массовому пользователю стали доступны приводы CD ROM с возможностью записи (CD R) и перезаписи (CD RW) информации. Благодаря невысокой цене, эти устройства стали широко применяться для архивирования данных, резервного копирования, хранения больших объемов данных.
Носители на CD с однократной записью обладают очень высокой надежностью. Срок хранения чистого диска до записи составляет от 70 до 200 лет. Важным достоинством CD R дисков является возможность их чтения на любом приводе CD ROM.
Технология перезаписываемых компакт-дисков CD RW позволяет не только записывать, но и стирать информацию. Недостатком CD RW является то, что диски CD RW могут считываться только на устройствах CD ROM, поддерживающих технологию MultiRead. В таких устройствах считывающий лазер имеет другую длину волны, т. к. отраженный сигнал CD RW слишком слаб. Кроме того, для хранения информации на CD RW применяется файловая система UDF, которую поддерживают не все операционные системы. Максимальное число циклов чтения-записи CD RW составляет несколько десятков тысяч. Основы информатики: Учеб. Пособие / В. А. Коднянко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004
В последнее время корпорация Intel заканчивает разработку концепции новой архитектуры, предполагающей отказ от всех периферийных интерфейсов, разработанных другими компаниями. С материнских плат будут убраны PS/2, COM- и LPT-порты для мыши и клавиатуры, интерфейсы FDD и IDE. Останутся шины AGP и PCI. Взамен разъемов этих портов на платах появятся порты USB производительностью до 480 Мб/с. IDE предполагается заменить шиной Serial ATA с узким 10-приводным шлейфом. Решено также отказаться от ненадежных и малоемких дискет и низкоскоростных гибких дисководов. Основным средством переноса файлов между компьютерами станут перезаписываемые носители CD RW,ZIP (объемом 100-250 Мб несколько большего размера, чем обычная дискета), а также переносные жесткие диски, включая новшества ZIV, Trumb, интерфейсы для CompactFlash-карт, в которые, кроме них, можно вставлять миниатюрные HDD IBM Microdrive емкостью до 1 Гб, миниатюрные накопители FLASH-USB.
Сетевые карты – устройства для подключения компьютера к кабелю компьютерной сети. Она, как и любая плата расширения, рассчитана на определенный тип системной (или локальной) шины компьютера.
На крепежной панели сетевого адаптера может находиться до трех типов разъемов. Однако даже универсальная плата (со всеми тремя разъемами) одновременно может подключаться только к одной кабельной системе. На плате имеется гнездо, предназначенное для микросхемы ПЗУ, содержимое которой используется при загрузке операционной системы из сети для бездисковых рабочих станций, то есть компьютеров, которые не имеют встроенных жестких дисков. Для разделения системных ресурсов компьютера (портов ввода/вывода, прерываний, каналов прямого доступа к памяти) платы могут иметь набор специальных перемычек (jumpers). Современные карты позволяют модифицировать системные ресурсы программным способом (без перемычек), и даже автоматически, если компьютер отвечает требованиям Plug and Play («включай и работай»).
Модем – это устройство, предназначенное для подключения к компьютерной сети посредством использования телефонной линии связи. Модем способен осуществлять модуляцию и демодуляцию информационных сигналов (Модуляция-ДЕМодуляция). Работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи. Демодулятор модема выполняет обратную задачу. Данные, подлежащие передаче, преобразуются в аналоговый сигнал модулятором модема «передающего» компьютера. Принимающий модем, находящийся на противоположном конце линии, «слушает» передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой с помощью демодулятора. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексом, в обе стороны – дуплексом. Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции. Она определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных, единицей измерения которой, является количество бит в секунду (бит/с). Модемы бывают внешними и внутренними. В настоящее время используются внутренние модемы (в виде электронной платы). Такой модем устанавливается в слоте материнской платы.
Основы информатики: Учеб. Пособие / В. А. Коднянко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004

2. Мониторы
Монитор – это устройство визуального отображения данных. Большинство современных ПК используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Принцип их действия заключается в том, что формируемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: отклоняющая система, позволяющая изменять направления пучка, и модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения. Текстовое и графическое изображение на экране монитора компьютера состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых также пикселами (pixel – picture element), поэтому такие дисплеи называют еще растровыми. Разрешающая способность монитора определяется числом пикселов, которые воспроизводятся по горизонтали и вертикали. Существует несколько типоразмеров мониторов, используемых для ПК: 9, 12, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21 дюйм по диагонали передней панели монитора. Область видимого изображения меньше: так для 17-дюймового монитора она может меняться от 15,5 до 16,2 дюймов у разных производителей (в последнее время производители мониторов стали указывать область видимого изображения)
Для формирования растра в мониторе используются специальные управляющие сигналы. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной), а по вертикали – кадровой (вертикальной) развертки. Основы информатики: Учеб. Пособие / В. А. Коднянко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004
В последнее время распространение получили плоские мониторы, которые имеют небольшую толщину и малый вес, экономное энергопотребление. Они созданы при помощи различных технологий: газоплазменной, электролюминесцентной и жидкокристаллической.
Важным параметром монитора является частота регенерации (обновления) изображения (другое название – частота кадров), отражающая количество обновлений изображения за секунду. Этот параметр зависит не только от монитора, но и от характеристик видеокарты, установленной на материнской плате системного блока. Чем выше эта частота, тем выше качество (четкость) изображения. Минимально допустимой считается частота 75 Гц, нормальной – 85 Гц, комфортной – 100 Гц и выше.
Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, TCO-92, TCO-95, TCO-99. Стандарт MPR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте TCO-92 эти нормы были сохранены, в стандартах TCO-95 и TCO-99 – ужесточены. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Пол ред. С. В Симоновича. – СПб,: Питер, 2005.

3. Клавиатура
Клавиатура является основным устройством ввода данных в компьютер и представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих отдельную электрическую цепь. Наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и мембранными переключателями. Внутри корпуса любой клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Подключение клавиатуры к системной плате осуществляется посредством разъемов.
В большинстве современных ПК используется клавиатура, которая содержит 101 или 104 клавиши. Наиболее распространенным стандартом расположения символьных клавиш является раскладка QWERTY (ЙЦУКЕН), которая при необходимости может быть перепрограммирована на другую раскладку. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Пол ред. С. В Симоновича. – СПб,: Питер, 2005.
На клавиатуре имеется около 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами, встречающимися в печатных текстах, и еще около 40 клавиш, предназначенных для управления компьютером и исполнения программ. Продублированы клавиши управления курсором, а также клавиши Ctrl и Alt.
Тенденцией развития клавиатур домашних ПК является повышение их эргономических качеств. После выявления профессиональных заболеваний кистей рук («туннельный» синдром лучезапястного сустава) у интенсивно работающих на клавиатуре групп пользователей, таких как секретари, наборщики и др., производители компьютеров стали уделять вопросам усовершенствования клавиатуры существенно большее внимание. Современная эргономичная клавиатура, как правило, характеризуется изогнутой формой, которая позволяет поддерживать локти в разведенном положении. В некоторых клавиатурах полотно можно разделять на две половины и разносить их на удобное расстояние.
Другой тенденцией является оснащение клавиатуры динамиками, манипуляторами типа трекбол, устройствами для считывания пластиковых карт и т. п. Наиболее практичным представляется беспроводная клавиатура, передающая информацию в ПК при помощи инфракрасных волн.

4. Мышь
Компьютерная мышь была изобретена в 1964 г. Она имела всего одну кнопку и использовалась в компьютерах Macintosh.
    продолжение
--PAGE_BREAK--