Классификация и базовая конфигурация ПК

• микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
• миникомпьютеры;
• мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
• суперкомпьютеры.

     Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.

     Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько  микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и  ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.

     Микрокомпьютеры представляют собой инструменты  для решения разнообразных сложных  задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а  периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 - 10 миллионов операций в сек.

     Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре  специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую  линию.

     Персональные компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком.

     В класс персональных компьютеров  входят различные машины — от дешёвых  домашних и игровых с небольшой  оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея, до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.

     Миникомпьютерами  и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные  в одной стойке, т.е. занимающие объём  порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.

     Мэйнфреймы  предназначены для решения широкого класса научно-технических задач  и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в  больших системах при наличии  не менее 200 - 300 рабочих мест.

     Централизованная  обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 - 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.

     Десятки мэйнфреймов могут работать совместно  под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.

     Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

     Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях  параллелизма и конвейеризации вычислений.

     В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.

     Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторные команды.

     Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.

     Наиболее  распространённые суперкомпьютеры  — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч  процессоров, взаимодействующих через  сложную, иерархически организованную систему памяти.

     Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т.п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д. Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции.

5. Базовая конфигурация  ПК

     Персональный  компьютер включает в свой состав следующие основные устройства (см. рисунок 1):

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• манипулятор «мышь».

Рисунок 1 «Основные устройства ПК» 

     Все компьютерные устройства делятся на основные и периферийные.

     К основным устройствам относятся устройства, без которых современный компьютер работать не может. К этим устройствам ранее относились только системный блок, монитор и клавиатура. Но в настоящее время для работы в операционных системах необходим манипулятор мышь или трекбол, а для установки в компьютер программного обеспечения требуется дисковод для оптических дисков. Поэтому эти устройства сейчас также относятся к основным.

     К периферийным устройствам относятся: принтер, джойстик, сканер, внешние  оптические дисководы, внешние флоппи-дисководы, модем, плоттер, дигитайзер, цифровая видеокамера, световое перо, графический планшет и другие устройства, подключаемые к системному блоку через порты.

     В системном блоке размещаются:

• блок питания;
• накопитель на жёстких дисках;
• системная плата;
• платы расширения;
• DVD-ROM и др.

     Корпус  системного блока может иметь  горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower – башня) компоновку.

     Системная плата является основной в системном  блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера:

• центральный процессор;
• постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память;
• интерфейсные схемы шин;
• гнёзда расширения;
• обязательные системные средства ввода-вывода и др.

     Системные платы исполняются на основе наборов  микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др.

     В гнёзда расширения системной платы  устанавливаются платы таких  периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

     Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) –  это основной рабочий компонент  компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом  и координирует работу всех устройств компьютера.

     Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

• арифметико-логическое устройство;
• шины данных и шины адресов;
• регистры;
• счетчики команд;
• кэш – очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);
• математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

     Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния  прямоугольной формы площадью всего  несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

     В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.

     Память  компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

     Широко  используются и более крупные  производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.

     Современные компьютеры имеют много разнообразных  запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.

     Различают два основных вида памяти – внутреннюю и внешнюю.

     В состав внутренней памяти входят оперативная  память, кэш-память и специальная  память.

     Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

     Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой – это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

     Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память – очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при  обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для  компенсации разницы в скорости обработки информации процессором  и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

     Кэш-памятью  управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее  всего понадобятся в ближайшее  время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

     К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая  постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

     Постоянная  память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая  память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют  изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти – модуль BIOS.

     BIOS (Basic Input/Output System – базовая система  ввода-вывода) – совокупность программ, предназначенных для: автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера; загрузки операционной системы в оперативную память.

     Видеопамять (VRAM) – разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

     Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

     В состав внешней памяти компьютера входят: накопители на жёстких магнитных дисках; накопители на гибких магнитных дисках; накопители на компакт-дисках; накопители на магнитооптических компакт-дисках; накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.