Внутренняя структура персонального компьютера

Архитектура персонального
компьютера
Поколения ЭВМ
1-е поколение (начало 1950-х гг.)
Элементная база – электронные лампы. ЭВМ отличались большими
габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием,
низкой надежностью. Программирование выполнялось в кодах.
2-е поколение (с конца 1950-х гг.)
Элементная база – полупроводниковые элементы. Улучшились по
сравнению с ЭВМ 1-го поколения все технические характеристики. Для
программирования используются простейшие символьные команды.
Поколения ЭВМ
3-е поколение (начало 1960-х)
Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж.
Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение
производительности, развитая конфигурация внешних устройств. Для
программирования используются алгоритмические языки.
4-е поколение (с середины 1970-х)
Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
Поколения ЭВМ
5-е поколение (с середины 1980-х)
Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не
увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных
сетей и их объединение, использование распределенной
обработки данных, повсеместное применение компьютерных
информационных технологий.
Фон-неймановская модель
Предложена в 1946 г. ученым Джоном фон Нейманом.
С 1950 г. начала использоваться как основная во всех
компьютерных устройствах.
Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных
блоков:
 Устройства ввода/вывода информации для помещения в память
входных данных и команд и извлечения из памяти результатов.
 Память компьютера, содержащая команды и данные.
 Процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и
арифметико-логического устройства (АЛУ). Процессор выбирает
из памяти команды и данные, выполняет над данными
затребованную операцию и возвращает результат в память.
Фон-неймановская модель
Принципы Джона фон Неймана
Принцип двоичного кодирования
Вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с
помощью двоичных сигналов.
Принцип программного управления
Программа состоит из набора команд, которые
выполняются процессором автоматически друг за
другом в определенной последовательности.
Принципы Джона фон Неймана
Принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в общей памяти. ЭВМ не
различает, что хранится в данной ячейке памяти - число,
текст или команда. Над командами можно выполнять такие
же действия, как и над данными.
Принцип адресности
Память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в
произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям
памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно
было бы впоследствии обращаться или менять их в
процессе выполнения программы с использованием
присвоенных имен.
Внутренняя структура персонального
компьютера
Центральный процессор
(CPU, Central Processing Unit)
Центральный процессор – функционально законченное
программно-управляемое устройство обработки информации,
выполненное на одной или нескольких сверхбольших
интегральных схемах.
Процессор является центральным блоком ПК и предназначен
для выполнения арифметических и логических операций над
информацией и управления работой всех блоков машины.
Центральный процессор
(CPU, Central Processing Unit)
В состав процессора входят:
 устройство управления (УУ);
 арифметико-логическое устройство (АЛУ);
 микропроцессорная память (кэш-память);
 интерфейсная система микропроцессора.
Центральный процессор
(CPU, Central Processing Unit)
Основные характеристики процессоров

Тактовая частота. Во многом определяет скорость работы
процессора. Для современных процессоров может находиться в
диапазоне 1,5 – 4 ГГц. 1 ГГц = 1000 МГц, 1 МГц = 1 000 000 тактов
в секунду.

Количество ядер процессора. Поскольку тактовые частоты
современных процессоров приблизились к физическому
пределу, для повышения их производительности применяется
объединение нескольких процессорных ядер в одном корпусе.
На сегодняшний день наиболее используемые процессоры с 2-4
ядрами, в более производительных системах – процессоры с 46 ядрами, в серверных системах и суперкомпьютерах – с 8-12
ядрами.
Центральный процессор
(CPU, Central Processing Unit)

Объем кэш-памяти. Современные процессоры имеют двух- или
трехуровневую организацию встроенной кэш-памяти. У кэшпамяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой
объем (обычно 16-128 Кбайт). Кэш-память второго уровня (L2)
обладает несколько меньшим быстродействием, объем от 128
Кб до нескольких мегабайт. Кэш-память третьего уровня (L3)
процессора AMD Phenom II имеет объем 6 Мб, а Intel Core i7 –
8 Мб.
Справочная информация
Компании производители процессоров: Intel и AMD.
Процессоры Intel:
1980 – начало 90-х процессоры семейства x86: модели 8086, 286, 486.
С 1993 г. процессоры Intel Pentium, Pentium II, III, IV.
С 2006 г. компания выпускает процессоры, основанные на архитектуре Intel
Core 2.
В 2008 г. Intel выпустила процессоры Core i7 с совершенно новой
архитектурой. С 2010 г. массовое производство процессоров Core i3, Core i5,
Core i7.
Упрощенная версия процессоров компании Intel выпускается под маркой
Celeron.
Процессоры AMD:
Процессоры Athlon, Duron. Упрощенная версия – процессор Sempron.
В 2008 г. разработан процессор Phenom.
В 2009 г. вышли процессоры Phenom II/Athlon II.
Системная плата
Системная, или материнская, плата – базовое
устройство
компьютера,
обеспечивающее
взаимодействие всех подключенных к ней
устройств.
На системную плату устанавливается процессор,
оперативная память, платы расширения. К ней
подключаются дисковые накопители, устройства
ввода/вывода, приводы CD/DVD и др. На
системной плате также располагаются микросхема
BIOS, батарейка для питания часов и CMOS (память
с автономным питанием), тактовый генератор.
Системная плата
Системная плата
Сопряжение и связь всех устройств компьютера
осуществляется с помощью системной шины.
Системная шина – это основная интерфейсная система
компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех
его устройств между собой.
Системная шина (магистраль) включает в себя:
 шину данных;
 шину адреса;
 шину инструкций;
 шину питания.
Оперативная память
(RAM, Random Access Memory)
Оперативное запоминающее устройство (оперативная
память, RAM, Random Access Memory) предназначено
для хранения информации (программ и данных),
участвующей в вычислительном процессе на текущем
этапе функционирования ПК.
Оперативная память
энергозависимая:
при отключении
питания информация,
хранящаяся в ней,
теряется.
Справочная информация
Оперативная память выполняется в виде отдельных модулей, которые
устанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате.
Существуют следующие типы модулей:
SIMM. Модуль памяти с односторонним расположением выводов. Устаревший
тип.
DIMM. Модуль, имеющий двухстороннее расположение выводов.
SODIMM. Компактный вариант модуля DIMM, который используется в ноутбуках.
На сегодняшний день используются модули оперативной памяти DIMM и SODIMM
стандартов DDR2 и DDR3.
Каждый модуль состоит из нескольких чипов памяти. Каждый чип памяти – это
особая матрица из миллионов миниатюрных конденсаторов, которые являются
элементарными ячейками памяти и могут находиться в заряженном (1) и
разряженном (0) состоянии. Кроме конденсаторов на чипе есть схемы управления
чтением, записью и регенерацией данных (для восстановления заряда
конденсаторов, поскольку со временем они самопроизвольно разряжаются).
Внешние запоминающие устройства
Внешние запоминающие устройства (внешняя память)
используется для долговременного хранения программ и
данных, записи и выдачи хранимой информации по запросу
в оперативное запоминающее устройство.
Все эти устройства являются энергонезависимыми.
К внешним запоминающим устройствам относятся:
 Жесткие диски.
 Устройства со сменными носителями.



Дисководы гибких магнитных дисков. Устаревшее средство
хранения информации.
Приводы для оптических дисков (CD/DVD).
Запоминающие устройства флэш-памяти (USB накопители flashпамяти, flash-карты).
Жесткий диск
(винчестер, Hard Disk Drive, HDD)
Жесткий диск (винчестер, Hard Disk Drive, HDD) –
носитель большого объема информации, на котором
хранится все программное обеспечение компьютера.
Справочная информация
В этих накопителях круглые алюминиевые пластины
покрытые слоем магнитного материала вместе с блоком
магнитных головок для считывания/записи помещены в
герметически закрытый корпус.
У жестких магнитных дисков в качестве запоминающей
среды используются магнитные материалы со специальными
свойствами, позволяющими фиксировать два состояния –
два направления намагниченности. Каждому из этих
состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.
В настоящее время используются диски объемом 200 Гб – 4 Тб
и интерфейсами подключения к системной плате SATA и SCSI.
Накопители на гибких магнитных дисках
Floppy Disk Drive, FDD
Накопители на оптических дисках
 Неперезаписываемые
оптические диски (компакт
диски, CD-ROM – Compact Disc Read Only Memory)
Объем информации ~ 700 Мб.
 Перезаписываемые оптические диски с однократной
(CD-R – Compact Disk Recordable) и многократной
(CD-RW – Compact Disk ReWritable)
Объем информации ~ 700 Мб.
 DVD-диски (Digital Versatile Disk – цифровой диск
общего назначения)
Объем информации до 17 Гб.