Системний блок та його складові.

Материнська плата. Характеристикою її є архітектура. Застарілі моделі шини — ISA та VESA, останні — РСІ, AGP. До складу материнської плати входять такі основні компоненти:

процесор, який виконує всі розрахунки та оброблення інформації. Параметрами процесора є тактова частота і тип (модель). Тактова частота характеризує швидкість роботи процесора і виражається в мегагерцах. Перший комп'ютер мав тактову частоту 4,77 МГц. Останні моделі процесорів мають тактову частоту понад 2 ГГц. Процесори можуть бути таких типів: IBM, AMD, CELERON, Pentium (PRO, II, III, IV) тощо. Ядром обчислювального процесу в комп'ютері є його мікропроцесор;

ü оперативна пам'ять (RAM) — містить програми ОС, прикладні програми, а також результати роботи процесора. Обмін інформацією відбувається дуже швидко, оперативно, але дані зберігаються тіль­ки до перезавантаження або вимикання комп'ютера, тобто тимчасово. Ємність RAM — 16, 32, 64, 128,

ü відеокарта—використовується для роботи з графічними зображеннями. Має ємність пам'яті до 64 Мбайт;

ü звукова карта — виконує оброблення звуків, мови;

ü мережка карта — застосовується при роботі в комп'ютерній мережі;

ü перезаписуючий постійний запам'ятовуючий пристрій (ППЗП ROM) — містить програми та дані, занесені під час виготовлення комп'ютера, за допомогою яких відбуваються вмикання комп'ютера та тестування його пристроїв. У ППЗП зберігається базова система введеннявиведення (BIOS), що контролює роботу всіх складових комп'ютера;

ü контролери (адаптери) — електроні плати для виконання обміну даними між процесором і зовнішними пристроями (наприклад, адаптер монітора, адаптер портів для підключення принтера, миші, джойстика, контролери додаткових пристроїв — стримера, модема, сканера тощо). Контролери (адаптери) взаємодіють із процесором та опера­тивною пам'яттю через системну магістраль передачі даних, яка називається шиною;

ü порт — засіб для підключення периферійних пристроїв до материнської плати. Порти бувають паралельні —LTP1 та послідовні —СОМ1. Остан­нім часом набуває популярності порт USB, який дає змогу підключати до 256 пристроїв.

ü Жорсткий диск (вінчестер). Він використовується для постійного зберігання інформації.

При форматуванні диска на ньому формуються концентричні кола — доріжки, які розбиваються на сектори. Обмін інформацією між оперативною пам'яттю та диском відбувається секторами. Сектор стандартного розміру зберігає 512 байтів даних.

Кожний системний диск містить власну систему для збереження файлів, яка називається таблицею розмі­щення файлів (File Aplication Table скорочено FAT).

На логічному рівні вся сукупність секторів розглядається як неперервна однорідна послідовність із номерами секторів. Один або кілька секторів із суміжними номерами утворюють логічну одиницю розподілу зовнішньої пам'яті (кластер). Розмір усіх кластерів на одному диску однаковий і залежить від ємності диска (чим більша ємність диска, тим більший розмір кластера, про що свідчать наведені нижче дані).

Кожному кластеру диска присвоюються такі значення:

Файл розміщується послідовно у всіх знайдених вільних кластерах, номери яких зберігаються в таблиці FAT. При вилученні файла його кластери (які можуть бути розміщені в різних місцях диска) стають вільними. Виникає фрагментація дисків, яка збільшує час доступу до файлів та ускладнює їх відновлення. Системна утиліта Defrag(Дефрагментация диска)використовується для збільшення дискового простору.Вінчестер характеризується інтерфейсом, ємністю пам'яті, частотою обертання шпинделя, розміром кешпам'яті, часом пошуку, швидкістю обміну даними, шу­мовим рівнем та деякими Іншими параметрами.

Інтерфейс вінчестера — набір електроніки, який забезпечує обмін інформацією. Найпоширеніші інтерфейси — EIDE та SCSI перший з яких менш продуктивний, але дешевший.

Сучасні жорсткі диски можуть зберігати такі обсяги інформації: 10,2; 17,2; 25, 60, 80, 128 та більш Гбайт.

Частота обертання шпинделя вінчестера становить 5400—7200 і 10 000 хв¹. При її збільшенні продуктив­ність диска зростає, але необхідно встановлювати додатковий вентилятор для охолодження.

Кешпам'ять значно збільшує (на 40—90%) швидкодію вінчестера і може мати ємність від 64 Кбайт до 2 Мбайт.

ü Пристрій для роботи з оптичними та лазерними накопичувачами. Він використовується для збере­ження великих обсягів інформації (1—3 Гбайт), харак­теризується збільшеною у 8, 24, 40, 48, 52 рази мінімальою швидкістю 150 Кбайт/с для введеннявиведення інформації. Останнім часом усе більшу популярність набувають цифрові диски (DVD), які можуть зберігати понад 9 Гбайт інформації.

Мікропроцесор (МП) — це мікросхема (надвелика інтегральна схема, chip), яка керує роботою всіх апаратних компонентів комп'ютера, забезпечу виконання програм, виконує арифметичні та логічні операції

Процесор (мікропроцесор) – це мозок ПК, арифметико-логічний пристрій, виконаний на інтегральних мікросхемах, виконує безпосередньо обробку інформації та виконує функції управління ПК.

Сопроцесор – це допоміжний процесор, виконує функції керування периферійними пристроями і математичні функції. Мікропроцесор пов’язаний тільки з оперативною пам’яттю.

Далі визначаємось, що таке мікропроцесорний комплект (чипсет) – це набір мікросхем, який керує роботою внутрішніх пристроїв ПК і визначає основні функціональні можливості материнської плати.

Мікросхема – це мініатюрна електронна схема, виконана в вигляді півпроводникового кристала, яка має в складі електронні елементи (діоди, транзистори, резистори).

Шини – набір провідників, по яким виконується обмін сигналами між внутрішніми пристроями ПК.

Шини поділяються на:

· адресну,

· керуючу,

· даних,

· мультиплексу.

Мультиплексна шина використовується для передачі як даних так і адрес тобто поєднує дві функції.

Зв’язок між материнської платою і зовнішніми пристроями (введення/виведення) виконується за допомогою інтерфейсів (контролери, адаптери), які розташовані на окремих платах, які вставляються в роз’єми материнської плати.

Інтерфейс – це сукупність апаратних та програмних засобів, забезпечуючи логічний та фізичний зв’язок між пристроями або програмами для обміну інформації. Це межа розділу між двома системами. Різні пристрої мають різну швидкість роботи, інтерфейс спрягає їх роботу.

Ще один з можливих компонентів ПК – це пристрій живлення.

2.Мікропроцесор – це найважливіша мікросхема ПК, за допомогою якої виконуються обчислення. Структурну схему мікропроцесора можна розглядати так:

АЛП – арифметико логічний пристрій (виконує арифметичні і логічні дії).

БЗОП – блок зв’язку з оперативною пам’яттю (організує обмін інформації між процесором і оперативною пам’яттю) дані подаються для обробки тільки із ОЗП.

ПУ – пристрій управління (слідкує за проходженням потоків інформації і забезпечує виконання команд).

БУР – локальна пам’ять процесора (блок управління регістрами).

Але конструктивно схема процесора складніша. До складу процесора входять регістри.

Регістр – це ячейка пам’яті процесора (комірка). Дані там можуть не тільки зберігатись але й змінюватись. Регістр зберігає одне машинне слово. Машинне слово – конструкція, яка сприймається як єдине ціле (8 біт, 16 біт, 32, 64 і т.д.). Регістр складається з тригерів.

Тригер – це електронний елемент який може зберігати одиницю двійкової інформації (0 або 1). Від кількості тригерів у регістрі залежить розрядність процесора і таким чином розрядність ПК (8,16,32, 64, 128, 256, 512, 1024).

Регістри бувають: спеціалізовані і універсальні. У різних типів мікропроцесорів різна кількість регістрів, але є основні регістри, які ми розглянемо.

Спеціалізовані:

Акумулятор – головний регістр. Більшість дій виконується за допомогою акумулятора і АЛП.

Буферний регістр – тимчасово зберігає дані з метою узгодження роботи пристроїв, які приймають участь у обміні даних.

Лічильник команд – визначає (формує) адресу наступної команди.

Регістр команд – тимчасово зберігає адресу і код команди, яка виконується процесором.

Дешифратор – розшифровує команди.

В складі процесора є універсальні регістри (регістри загального призначення), до ціх регістрів має доступ програміст, він може задавати їм необхідні функції. Також у складі є шини (адресна, даних і командна).

Характеристики (основні)

1. Розрядність

2. Робоче навантаження (напруги)

3. Тактова частота

4. Розмір кеш-пам’яті

Розрядність показує скільки біт може прийняти процесор за один раз (такт), тобто розмір машинного слова (8,16,32,64,128 і т.д.).

Робоче навантаження. З розвитком обчислювальної техніки розмір навантаження знижується. Раніше це було 5В (вольт), зараз 3В і 2В. Останні розробки – 1,5В.

Тактова частота, вказує скільки елементарних операцій (тактів) процесор виконує за секунду. Чим вище частота тактів, тим більше команд може виконати за одиницю часу.

Кеш-пам’ять – “сверхоперативная” пам’ять. Вона забезпечує швидкий доступ до ОЗП. Чим більше кеш-пам’ять, тим швидше працює процесор 64-256 Кбайт, 512. Там зберігаються дані, які найбільш частіше використовуються.

Від характеристик процесора залежать характеристики усієї машини (ПК).

Розглянемо окремі типи мікропроцесорів (базові мікропроцесори для ІВМ – це Intel):

І покоління: 8086/8088 – 16 бітові.

ІІ покоління: 80286 – 16 бітові, тактова частота 25-40 МГц. збільшується кількість команд.

ІІІ покоління: 80386 – 32 розрядні, тактова частота 40-60 МГц. Розширена система команд. Працюють в 2 рази скоріше. Є кеш-пам’ять і сопроцесор.

IV покоління: 80486 – 32 розрядний, тактова частота 60-100 МГц. Працює в 4 рази швидше. Сопроцесор і кеш-пам’ять розширені.

V покоління: Pentium – має вбудований сопроцесор і математичний сопроцесор, 64 розрядний. Має декілька поколінь. Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron. Тактова частота 200-600 МГц, 800 МГц. (Але є Pentium 60, 75, 100, 133)

Процесори інших фірм AMD, Cyrix за своїми якостями гірші і часто мають маркіровку, яка не відповідає їх можливостям.

Наприклад: AMD 133 МГц відповідає Pentium 75 МГц.

Pentium IV – 256 розрядний, 1,5 ГГц.

Athlon 500

Athlon 600 фірми AMD відповідає Pentium III

Athlon 700 аналог 500 МГц, 600 МГц, 700 МГц

На сьогодні звичайним є тактова частота –1,8, 2,4, 2,5ГГц.

При необхідності процесори розганяють

До основних характеристик ПК відносять:

1) тип (модель) мікропроцесора.

Найбільш відомі для IBМ-сумісних ПК такі моделі мікропроцесорів: Intel-8088, 80286. 80386, 80486, Pentium або сумісні з ними. Характерною рисою мікропроцесорів різних моделей є розрядність основних регістрів та кількісний та якісний склад системи команд (тобто перелік видів операцій, які може виконувати мікропроцесор). Так, мікропроцесори типу 8088 були 8-розрядні, 80286— 16-розрядні, 80386, 80486, Pentium I, Pentium II, Pentium III. Pentium IV — 32-розрядні. Іс­нують 64-х і 128-розрядні мікропроцесори. Від розрядності залежить,який об'єм інформації в бітах опрацьовує мікропроцесор за одиницю часу;

2) тактову частоту, яка вказує скільки тактів здійснюємікропроцесор за 1секунду. Ви­мірюється тактова частота в МГц (1МГц = 1 млн. тактів/сек).

Так, процесор Pentium ПІ-600 виконує 600 10⁶ тактів/сек.

Розрядність та тактова частота істотно впливають на продуктивність роботи ПК, оскільки що більшою є розрядність, то більшими порціями мікропроцесор може читати дані для обробки, а що більшою є тактова частота, то швидше здійснюється процес обробки даних.

На початку 80-х років ПК працювали з частотою 4,77 МГц, ПК на базі мікропроцесорів 80286 мали тактову частоту 8, 10, 12 МГц, тактова частота Pentium процесорів є не меншою за 60 МГц. Частота сучасних ПК перескочила рубіж у 1000 МГц.

Швидкодію мікропроцесорів оцінюють, вказуючи кількість операцій, які він виконуєза1 сек — MIPS (million of instructions per second). Для порівняння наведемо таблицю з характерис­тиками деяких мікропроцесорів.

3)

4) наявність кеш-пам'яті

5) тип системної шини та її пропускна здатність

Системна магістраль (шина) забезпечує передачу даних, адрес та керуючих сигналів по шинах даних, адрес та керуючій шині відповідно між мікропроцесором, оперативною пам'яттю та інтерфейсними блоками (контролерами) зовнішніх пристроїв Усі контролери зовнішніх пристроїв підключаються до комп'ютера шляхом вставки цих контролерів у вільні гнізда (слоти) материнсь­кої плати і таким чином приєднуються до системної шини Можна назвати наступні типи систем­них шин ISA, МСА, EISA, VESA, PCI, AGP Ці типи системних шин з'являлись на ПК в такій хронологічній послідовності, в якій вони перераховані, і наступний тип шини мав кращу пропуск­ну здатність та ефективність обслуговування зовнішніх пристроїв Нові типи шин з'являлись па­ралельно з появою нових типів мікропроцесорів Пропускна здатність шини залежить не тільки від її розрядності, але й від алгоритмів, які керують процесами передачі даних шиною

Об'єм адресного простору оперативної пам'яті, до якого може звертатись мікропроцесор, залежить від розрядності шини адрес Якщо шина адрес має розрядність N, то кількість всіх ад­рес, які по ній можна передати (відповідно, кількість всіх комірок, до яких можна звернутися), дорівнює 2" Тому при використанні 16, 20, 24 і 32-розрядної шин створюється адресний простір величиною в 2¹⁶=640 Кб, 2^:'°=lMб, 2²'^l=16 Мб, 2"=4 Гб (див таблицю),

6) склад функціональних модулів базової конфігурації та можливості її розширення,типмонітора та розміри його екрана по діагоналі (14", 15", 17", 19", 21" і т п ), тип «вінчестера» та об'єм дискового простору на ньому, наявність відповідної відєокарти з потрібним об'ємом відеопам’яті та при необхідності з графічним прискорювачем, наявність звукових колонок та звукової плати, приводу для роботи із компакт-дисками (CD-ROM) тощо.

7) габаритні розміри.

Оскільки зовнішні розміри таких пристроїв, як монітор, клавіатура, «мишка» практично не відрізняються, то, говорячи про розміри ПК, вказують тип і розміри його системного блоку. За конструктивними особливостями системні блоки бувають таких типів: DeskTop (горизонталь­не розташування). Mini, Middle, Big Tower (вертикальне розташування). Multimedia Case (систе­мний блок разом із звуковими колонками для мультимедіа-комп'ютерів);

8) потужність енергоспоживання.

Вона вимірюється у ватах і для сучасних ПК становить 200-250 Вт.

Структурну схему ПК можна побачити у підручниках.

Загальну структуру ЕОМ можна представити у вигляді схеми:

До основних принципів функціонування комп’ютерів відносять:

1. магістрально-модульний принцип їх будови;

2. принцип програмного управління роботою комп’ютера: всі його функціональні можливості реалізуються шляхом виконання відповідних програм;

3. принцип адресності – полягає в тому, що доступ до кожної комірки пам’яті процесор може здійснювати за допомогою адреси відповідної комірки.

У структурі комп’ютера виділяють центральні та зовнішні пристрої, які зв’язані за допомогою системної магістралі. До центральних пристроїв відносять мікропроцесор та основну пам’ять, яку ще називають внутрішньою. Зовнішні пристрої часто називають периферійними.

Ядром обчислювального процесу в комп’ютері є мікропроцесор – це мікросхема, що містить управляючий пристрій (УП), який керує роботою всіх апаратних компонентів комп’ютера, та арифметико-логічний пристрій (АЛП), який виконує арифметичні та логічні операції та забезпечує виконання програм.

ü

У складі мікропроцесорів (МП) виділяють арифметико-логічний пристрій (АЛП), пристрій керування та регістри.