Архитектура современных компьютеров. Курсовая_Архитектура современных компьютеров. Курсовая работа Архитектура современных компьютеров На тему
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
О  бразовательная автономная некоммерческая организациявысшего образования «МОСКОВСКИЙ ОТКРЫТЫЙ ИНСТИТУТ»
Факультет «Экономики и управления»Направление «Прикладная информатика» Курсовая работаАрхитектура современных компьютеров
Обучающийся группы ООБП-19103 ФИО Москва, 2019 г. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 2 Глава 1. Краткая история развития вычислительных машин 3 Глава 2. Архитектура компьютеров 2.1 Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана 11 2.2. Основной цикл работы ЭВМ 14 2.3. Архитектура современного компьютера 17 Глава 3. Компоненты современного компьютера 3.1. Центральный процессор 21 3.2 Оперативное запоминающее устройство (память ОЗУ) 24 3.3 Системная плата (материнская) 27 3.4 Запоминающее устройство 33 3.5 Внешняя архитектура. Периферийные устройства 37 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43 ВВЕДЕНИЕ Жизнь современного человека тесно связана с применением Персонального компьютера. Компьютеры прочно вошли в нашу жизнь. Они используются во всех сферах экономики и народного хозяйства: промышленность, управление, банковское дело, торговля. Повышение уровня образования так же тесно связано с использованием компьютеров. И эта курсовая пишется на персональном ноутбуке с использованием информации, хранящейся на серверах, которые объединяет с персональным компьютером общая архитектура. Цель данной курсовой стоит изучить архитектуру современного персонального компьютера и ее функций. Основными задачами данной курсовой являются рассмотрение основных компонентов архитектуры современного ПК, их предназначение, функционирование во всей системе, их взаимосвязи и взаимодействия, обеспечивающие эффективную работу ПК. Для выполнения и оформления курсовой работы были использованы: ноутбук ASUS (IBM-совместный) с микропроцессором Intel® Core i5-8300H CPU @ 2.30GHz 2.30 GHz, оперативная память объемом 8.0 ГБ, жесткий диск SSD Micron_1100_MTFDDAV256TBN объемом 238 ГБ. В курсовой работе использовались программные средства: операционная система MS 10, пакеты прикладных программ: текстовый редактор MS Word, браузер Opera, программа для чтения PDF файлов Foxit Reader. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Глава 1. Краткая история развития вычислительных машин. Чтобы оценить архитектуру современных компьютеров нужно окунуться в историю развития этой техники. Принято разделять развитие на 5 поколений: ЭВМ первого поколения (1946-1954). Стоит сказать, что первое поколение ламповым. Ученые университета в Пенсильвании (США) разработали ЭНИАК — так назывался первый в мире компьютер. Днем, когда он официально введен в строй является 15.02.1946. При его создании использовались 18 тысяч электронных ламп. Занимаемая площадь по нынешним меркам была колоссальной - 135 квадратных метров, а вес 30 тонн. Потребности в электроэнергии так же были велики — 150кВт. Создавалась эта электронная машина для помощи в решении сложнейших задач по созданию атомной бомбы. СССР стремительно нагоняло свое отставание и в декабре 1951 года, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева миру была представлена самая быстрая в Европе ЭВМ. Носила она аббревиатуру МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина). Данный аппарат мог выполнять от 8 до 10 тысяч операций в секунду.   Рисунок 1 - ЭВМ первого поколения Второе поколение (1954-1964). Серийное производство транзисторов позволило отказаться от ламп и перейти на новую для того времени технологию. Серийное производство транзистора «тип А» на Western Electric началось в 1951 году и в апреле 1952 года вышло на уровень 8400 транзисторов в месяц. Транзистор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. По скорости работы электронно-вычислительные машины существенно отличались от предшественников — скорость доходила до сотен тысяч операций в одну секунду. Уменьшились и размеры, да и потребление электрической энергии стало меньше. Также значительно увеличилась сфера использования. Происходило это за счет стремительной разработки программного обеспечения. БЭСМ-6 (Большая электронно-счётная машина) обладала рекордным быстродействием – 1000000 операций в секунду. Разработана в 1965 году под руководством главного конструктора С. А. Лебедева.  Рисунок 2 - БЭСМ-6 (Большая электронно-счётная машина) Третье поколение (1964-1971). Применение микросхем с малой степенью интеграции отличает этот период от предыдущего. С помощью новых технологий ученые смогли поместить на небольшой полупроводниковой пластине площадью меньше 1 сантиметра квадратного, сложные электронные схемы. Изобретение микросхем запатентовано в 1958 году. Изобретатель — Джек Килби. Применение этого революционного изобретения позволило улучшить все параметры – габариты уменьшились примерно до размеров холодильника, увеличилось быстродействие и надежность. Этот этап в развитии вычислительных машин характеризуется применением в использовании нового запоминающего устройства – магнитного диска. Мини-ЭВМ PDP-8 впервые представлена в 1965 году. В СССР подобные версии появились в 1972 году и являлись аналогами моделей, представленных на американском рынке.  Рисунок 3 - PDP-8 Четвертое поколение (1971 – по н.в.). Инновацией в вычислительных машинах четвертого поколения является применение и использование микропроцессоров. Микропроцессоры представляют собой АЛУ (арифметически-логические устройства), помещенные на одну микросхему и имеющие высокую степень интеграции. Это значит, что микросхемы начинают занимать еще меньше места. Иными словами, микропроцессор – это маленький мозг, выполняющий миллионы операций в секунду по заложенной в него программе. Размеры, вес и потребление мощности резко уменьшились, а быстродействие достигло рекордных высот. И именно тогда в игру включился Intel. Первый микропроцессор назывался Intel-4004, собранный в 1971 году. Он имел разрядность 4 бита, но тогда являлся гигантским технологическим прорывом. Два года спустя Intel представил миру Intel-8008, имеющий восемь бит, в 1975 году появился на свет Альтаир-8800 — это первый персональный компьютер, созданный на основе Intel-8008 .  Рисунок 4 – Altair 8800 Это было началом целой эры персональных компьютеров. Машину стали использоваться повсеместно в совершенно различных целях. Непререкаемым эталоном компьютера становится IBM PC. Его выпустили в 1981 году имеющим ОЗУ 1 мегабайт.  Рисунок 5 – IBM PC На данный момент IBM-совместимые электронно-вычислительные машины занимают примерно девяностопроцентную долю выпускаемых компьютеров. Также, нельзя не упомянуть про Pentium. Разработка первого процессора со встроенным сопроцессором завершилась успехом в 1989 году. Сейчас эта торговая марка непререкаемый авторитет в разработках и применении микропроцессоров на рынке компьютеров. Глава 2. Архитектура компьютеров. 2.1 Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана. В 1946 году американские математики Джон фон Нейман, Герман Голдштейн и Артур Бёркс в совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. На основе этих принципов производилось 1-е и 2-е поколение компьютеров. В следующих поколениях происходили некоторые изменения, но принципы фон Неймана (как они были названы) сохранялись. Основные принципы фон Неймана: Использование двоичной системы счисления в ПК, в которой устройствам гораздо проще выполнять арифметико-логические операции, чем в десятичной. Программное управление ПК. Работа ПК управляется программой, которая состоит из набора команд, выполняющихся последовательно одна за другой. Создание машины с хранимой в памяти программой положило начало программированию. Данные и программы хранятся в памяти ПК. Команды и данные кодируются одинаково в двоичной системе. Ячейки памяти ПК имеют последовательно пронумерованные адреса. Возможность обращения к любой ячейке памяти по ее адресу позволила использовать переменные в программировании. Возможность условного перехода при выполнении программы. Команды в ПК выполняются последовательно, но при необходимости можно реализовать переход к любой части кода. Основным принципом было то, что программа уже стала не постоянной частью машины, а изменяемой, в отличие от аппаратуры, которая остается неизменной и очень простой.  Рисунок 6 - Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. В состав машины фон Неймана входили: запоминающее устройство (ЗУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняло все арифметические и логические операции; устройство управления (УУ), которое координирует действия всех узлов машины в соответствии с программой; устройства ввода-вывода. Программы и данные вводились в ЗУ из устройства ввода через АЛУ. Все команды программы записывались в ячейки памяти последовательно, а данные для обработки – в произвольные ячейки. Команда состояла из указания операции, которую необходимо выполнить, и адресов ячеек памяти, в которых хранятся данные и над которыми необходимо выполнить нужную операцию, а также адреса ячейки, в которую необходимо записать результат (для хранения в ЗУ). Из АЛУ результаты выводятся в ЗУ или устройство вывода. Принципиально эти устройства отличаются тем, что в ЗУ данные хранятся в удобном для обработки ПК виде, а на устройства вывода (монитор, принтер и т.п.) в удобном для человека. От УУ на другие устройства поступают сигналы с командами, а от других устройств УУ получает информацию о результате их выполнения. В УУ содержится специальный регистр (ячейка) – счетчик команд, в который записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое соответствующей ячейки памяти и помещает его в специальное устройство – регистр команд. УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера. После выполнения команды счетчик команд увеличивается на 1 и указывает на следующую команду программы. При необходимости выполнения команды, которая не следует по порядку за текущей, специальная команда перехода содержит адрес ячейки, в которую нужно передать управление. 2.2. Основной цикл работы ЭВМ Важной составной частью фон-неймановской архитектуры является счетчик адреса команд. Этот специальный внутренний регистр процессора всегда указывает на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда программы. При включении питания или при нажатии на кнопку сброса (начальной установки) в счетчик аппаратно заносится стартовый адрес находящейся в ПЗУ программы инициализации всех устройств и начальной загрузки. Дальнейшее функционирование компьютера определяется программой. Таким образом, вся деятельность ЭВМ – это непрерывное выполнение тех или иных программ, причем программы эти могут в свою очередь загружать новые программы и т.д. Каждая программа состоит из отдельных машинных команд. Каждая машинная команда, в свою очередь, делится на ряд элементарных унифицированных составных частей, которые принято называть тактами. В зависимости от сложности команды она может быть реализована за разное число тактов. Например, пересылка информации из одного внутреннего регистра процессора в другой выполняется за несколько тактов, а для перемножения двух целых чисел их требуется на порядок больше. Существенное удлинение команды происходит, если обрабатываемые данные еще не находятся внутри процессора и их приходится считывать из ОЗУ. При выполнении каждой команды ЭВМ проделывает определенные стандартные действия: 1) Загрузка программы. Согласно содержимому счетчика адреса команд, считывается очередная команда программы (ее код обычно заносится на хранение в специальный 2) Формирование адресов. Счетчик команд автоматически изменяется так, чтобы в нем содержался адрес следующей команды (в простейшем случае для этой цели достаточно к текущему значению счетчика прибавить некоторую константу, определяющуюся длиной команды, называемая смещением); 3) Выполнение команды. Считанная в регистр команд операция расшифровывается, извлекаются необходимые данные и над ними выполняются требуемые действия. Затем во всех случаях, за исключением команды останова или наступления прерывания, все описанные действия циклически повторяются. После выборки команды останова ЭВМ прекращает обработку программы. Для выхода из этого состояния требуется либо запрос от внешних устройств, либо перезапуск машины. Рассмотренный основной алгоритм работы ЭВМ позволяет шаг за шагом выполнить хранящуюся в ОЗУ линейную программу. Если же требуется изменить порядок вычислений для реализации развилки или цикла, достаточно в счетчик команд занести требуемый адрес (именно так происходит условный или безусловный переход).  Рисунок 7 – Алгоритм функционирования ЭВМ 2.3. Архитектура современного компьютера Персональный компьютер конструктивно выполнен в виде основного системного блока. К нему через специализированные разъемы присоединяются периферийные устройства. Архитектура ПК содержит следующие основные узлы: системную плату, блок питания, накопители на жестком магнитном и оптическом дисках, интерфейсы для дополнительных и внешних устройств. В свою очередь, на материнской (системной) плате располагаются микропроцессор, тактовый генератор импульсов, математический сопроцессор и микросхемы памяти. А также таймер, контроллеры периферийных устройств, видео- и звуковая карта. Архитектура ПК основана на модульно-магистральном принципе. Данное правило позволяет пользователю самостоятельно комплектовать требуемую конфигурацию персонального компьютера, а также (при необходимости) производить ее модернизацию. Удобство модульной организации системы заключается в магистральном принципе обмена данными. Контроллеры всех устройств взаимодействуют с оперативной памятью и микропроцессором через главную магистраль передачи информации, которую называют "системной шиной". Она выполнена в виде печатного моста на материнской плате. Системная шина – это главный интерфейс вычислительной машины, и вся архитектура ПК построена вокруг нее. Именно этот элемент обеспечивает связь и сопряжение всех устройств друг с другом. Системная шина производит три направления передачи данных: Между основной памятью и микропроцессором; Между портами ввода и вывода внешних устройств и процессором; Между портами и основной памятью. Внешние устройства персонального компьютера обеспечивают связь последнего с окружающей средой: объектами управления, пользователями и другими вычислительными машинами.  Рисунок 8 – Архитектура современного компьютера Глава 3. Компоненты современного компьютера При описании архитектуры ПК определяется состав компонентов, входящих в неё, их функции и характеристики. Центром работы компьютера является системный блок, который содержит в себе: · Центральный процессор · Оперативное запоминающее устройство (память ОЗУ) · Системная плата · Видеокарта · Корпус · Блок питания · Жёсткий диск 3.1 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.  Рисунок 9 – Процессор Intel Core i7 2600K Socket LGA1155, вид снизу, контактные площадки текстолитовой платформы 3.2 Оперативное запоминающее устройство (память ОЗУ) Операти́вная па́мять или операти́вное запомина́ющее устро́йство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором. Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится: непосредственно; через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш. Содержащиеся в полупроводниковой оперативной памяти данные доступны и сохраняются только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение. Выключение питания оперативной памяти, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному разрушению хранимой информации. Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим сна, что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме гибернации питание ОЗУ отключается. В этом случае для сохранения содержимого ОЗУ операционная система (ОС) перед отключением питания записывает содержимое ОЗУ на устройство постоянного хранения данных (как правило, жёсткий диск). Например, в ОС Windows XP содержимое памяти сохраняется в файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix — на специальный swap-раздел жёсткого диска. В общем случае ОЗУ содержит программы и данные ОС и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением ОС. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный внешний модуль или располагаться на одном кристалле с процессором, например, в однокристальных ЭВМ или однокристальных микроконтроллерах.  Рисунок 10 – ОЗУ, модуль памяти. В настоящее время можно встретить несколько видов оперативной памяти: DDR2, DDR3 и DDR4. Морально устаревшие планки DDR1 практически не используются, увидеть их можно только на самых старых системных платах. Отличается память друг от друга рабочей частотой, размерами, контактами и напряжением питания. Каждый отдельно взятый тип имеет специфический вырез (ключ) в нижней части, по которому и определяется вид оперативной памяти. Некоторые системные платы могут поддерживать сразу два вида планок, что очень удобно для последующего апгрейда. Модули оперативной памяти, кроме полезных гигабайт, содержат небольшие микросхемы SPD, отвечающие за тайминг, то есть задержу данных для этого типа ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). В БИОСе можно самостоятельно задать какие-то свои тайминги или оставить это на усмотрение самой планки. При разгоне оперативной памяти или всей системы в целом (оверклокинг) устанавливают максимально укороченную задержку. 3.3 Системная плата (материнская) Системная (материнская, главная) плата (motherboard) – сложная многослойная печатная плата, которая является основой ПК и обеспечивает связь между всеми элементами. Основными частями системной платы являются: разъём ЦП; разъёмы оперативной памяти (ОЗУ); микросхемы чипсета; загрузочное ПЗУ; контроллеры шин и их слоты расширения; контроллеры и интерфейсы периферийных устройств. Системная плата вмонтирована в середине системного блока ПК. Строение системной платы Системная плата изготовлена из стекловолокна, состоит из нескольких листов, на которые наносятся контакты (печатная плата) и имеет многослойную структуру. Системная плата крепится к стойке с помощью винтов. Основные элементы, которые располагаются на системной плате: Центральный процессор; Микросхема BIOS; Чипсет (южный и северный мосты); Слоты PCI (PCI-Express); Слоты M.2; Разъёмы SATA: Контроллеры SATA; Разъёмы для подключения USB-устройств или дополнительных USB-портов; Порты PS 2 для клавиатуры и мыши. Кроме того, на плате расположены разъемы для параллельных, последовательных портов (для подключения клавиатуры и мыши), источника питания, встроенного динамика, индикаторов и кнопок, которые находятся на передней панели системного блока. Тип системной платы определяет производительность ПК и перечень тех устройств, которые можно подключить. Основное отличие современных материнских плат состоит в том, что она уже имеет встроенные компоненты, ранее подключаемые, как отдельные устройства. Вот их перечень: Звуковая плата Сетевая плата Видеокарта  Рисунок 11 – Системная плата MSI K8T NEO Рассмотрим основные компоненты системной платы. 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 - 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; 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. 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. 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". 3.4 Запоминающее устройство Жесткий диск — это также классический компонент компьютера. Относится к категории постоянных запоминающих устройств. Типичен для архитектуры современных ПК. На жестких дисках часто хранится основной объем файлов. Можно отметить, что данный компонент в числе наименее требовательных к специфике материнской платы, процессора, ОЗУ и видеокарты. В современном компьютере используются 2 типа запоминающих устройств: Накопитель на жёстких магнитных дисках Твердотельные накопители Рассмотрим каждый их них подробнее. Накопитель на жёстких магнитных дисках, или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, винчестер — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. Отличительной особенностью является надежное хранение данных, объем хранения, низкая цена. Из недостатков можно выделить шум от работы, тепловыделение, низкая скорость по сравнению с твердотельными накопителями.  Рисунок 12 - HDD Со второй половины 2000-х годов получили распространение более производительные твердотельные накопители, вытесняющие дисковые накопители из ряда применений несмотря на более высокую стоимость единицы хранения. Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создаётся на базе DRAM-памяти, снабжённой дополнительным источником питания — аккумулятором.  Рисунок 13 – SSD В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках), так и в стационарных компьютерах для повышения производительности. Наиболее производительными сейчас выступают SSD формата M.2, у них при подходящем подключении скорость записи/чтения данных может достигать 3800 мегабайт в секунду.  Рисунок 14 - M2 SSD По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD) твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются беззвучными, а также многократно более устойчивы к повреждениям (например, к падению) и имеют гораздо большую скорость записи. В то же время, они имеют в несколько раз большую стоимость в расчете на гигабайт и меньшую износостойкость (ресурс записи). 3.5 Внешняя архитектура. Периферийные устройства Ранее мы рассмотрели внутреннюю архитектуру и компоненты системного блока. Но без внешних периферийных устройств мы не сможем вводить информацию, управлять ей и получать ее обработанной обратно. Монитор — устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от компьютера. Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (видеокарта или графическое ядро процессора). Современные мониторы работают на технологии жидких кристаллов. В жидких кристаллах сочетаются достоинства, присущие как жидкос- тям, так и кристаллам: например, текучесть, характерная для жидкостей, что позволяет упростить изготовление таких индикаторов любой формы (в том числе гибких), хорошие оптические свойства, характерные для кристалов, и анизо- тропия — способность изменения свойств вещества в зависи- мости от пространственного направления воздействия на его кристаллическую решетку. В жидких кристаллах под воздей- ствием приложенного к ним электрического поля происходит изменение их оптических свойств — прозрачности и направ- ления плоскости поляризации проходящего света.  Рисунок 15 - Монитор Принтер (лазерный) - один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обычной (офисной) бумаге. Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственной экспозиции (освещения) лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера. Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения наиболее высокое.  Рисунок 16 – Лазерный принтер Клавиатура - это устройство для ввода данных в компьютер: букв, цифр и знаков. Также используется для управления системой, то есть является аналогом компьютерной мыши. По типу соединения она бывает проводной и беспроводной. Проводная в современном компьютере подключается к USB-порту. Беспроводная может подсоединяться посредством радиопередатчика (USB-приемника) или bluetooth. Радиус действия обычно около 10 метров.   Рисунок 16 – Клавиатура и беспроводной USB-приемник Компьютерная мышь - координатное устройство для управления курсором и отдачи различных команд компьютеру. Управление курсором осуществляется путём перемещения мыши по поверхности стола или коврика для мыши. Клавиши и колёсико мыши вызывают определённые действия, например: активация указанного объекта, вызов контекстного меню, вертикальная и горизонтальная (в специализированных мышках) прокрутка веб-страниц, окон операционной системы и электронных документов. Мыши, как и клавиатура бывают проводные и беспроводные. Интерфейсы для подключения те же самые.  Рисунок 17 - «Мышка» ЗАКЛЮЧЕНИЕ Завершая знакомство с архитектурой современных компьютеров мы можем видеть тенденции в развитии. Во-первых, постоянно расширяется и совершенствуется набор внешних устройств, что приводит, как описывалось выше, к усложнению системы связей между узлами ЭВМ. Во-вторых, вычислительные машины перестают быть однопроцессорными. Помимо центрального, в компьютере могут быть специализированные процессоры для вычисления с плавающей запятой (так называемые математические сопроцессоры), видеопроцессоры для ускорения вывода информации на экран дисплея и т.п. Развитие методов параллельных вычислений также вызывает к жизни вычислительные системы достаточно сложной структуры, в которых одна операция выполняется сразу несколькими процессорами. В-третьих, наметившееся стремление иметь быстродействующие машины не только для вычислений, но и для логического анализа информации, также может привести в ближайшие годы к серьезному пересмотру традиционной фон-неймановской архитектуры. Еще одной особенностью развития современных ЭВМ является все ускоряющееся возрастание роли межкомпьютерных коммуникаций. Все большее количество компьютеров объединяются в сети и обрабатывают имеющуюся информацию совместно. Таким образом, внутренняя структура вычислительной техники постоянно совершенствовалась и будет совершенствоваться. Вместе с тем, на данный момент подавляющее большинство существующих ЭВМ, несмотря на имеющиеся различия, по-прежнему состоит из одинаковых узлов и основано на общих принципах фон-неймановской архитектуры. Очевидно, что следующим шагом развития компьютеров, по мере дальнейшего уменьшения размеров, ничего не останется, как взять на вооружение квантовые технологии — либо лишь для дополнения традиционных методов и приемов, либо же для полной замены нынешних вычислительных технологий. «Квантовая физика открывает двери не просто для более миниатюрных и быстродействующих микропроцессоров. Она ведет к принципиально иным способам вычислений, которые не могут быть реализованы в нынешних компьютерах», — считает Артур Экерт, глава Центра квантовых вычислений Оксфордского университета. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Н. Б. Догадин, АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА, Лаборатория знаний, Москва 2012 Бройдо, В. Л. Архитектура ЭВМ и систем / В.Л. Бройдо, О.П. Ильина. - М.: Книга по Требованию, 2016Крайзмер Л.П. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. – СПб.: Питер, 2006 https://www.pc-school.ru https://ru.wikipedia.org https://www.syl.ru Журналы "HARD'n'SOFT" 2014-2017гг. Журналы "Chip 2016-2018" гг. Информатика: Учебник./ Под ред. Н.В.Макаровой.- М.: Финансы и статистика, 2009 Рудометов Е., Рудометов В. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа. – Питер, 2012. Лебедев Г.В., Кушниренко А.Г. 12 лекций по преподаванию курса информатики. - М.: Дрофа, 2011. Фигурнов Э.В. IBM PC для пользователя. Изд. 7-е – М.:2015. Экономическая информатика: Учебник./ Под ред. В.П. Косарева, Л.В.Еремина.- М.: Финансы и статистика, 2008 Сергеев, С. Л. Архитектуры вычислительных систем / С.Л. Сергеев. - М.: БХВ-Петербург, 2015 Максимов, Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем / Н.В. Максимов, И.И. Попов, Т.Л. Партыка. - М.: Форум, 2013 Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем. Курс лекций / А.В. Богданов и др. - М.: Интернет-университет информационных технологий, 2014 |