Структурная схема ПК. Внутренние устройства ПК

Структурная схема ПК представлена на рис. 2.

Компьютерная сеть

Системный блок

Сетевой адаптер

Дополнительные слоты расширения

Игровой порт

Джойстик

Сканер

Принтер

Микропроцессор (МП) является основным элементом ПК и предназначен для управления работой всего ПК, а также для выполнения арифметических и логических операций. В настоящее время наиболее распространенными моделями являются микропроцессоры Pentium, Celeron фирмы Intel и Athlon фирмы AMD. В состав традиционного микропроцессора входят:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);

· регистры общего назначения (РОН) – это быстродействующие ячейки памяти, используемые в основном как различные счетчики и указатели на адресное пространство ПК. В современных микропроцессорах имеется шестнадцать 64 –х битных регистров общего назначения. Обращение к регистрам позволяет значительно увеличить быстродействие выполняемой программы;

· кэш-память – блок высокоскоростной памяти, в которую копируются данные, извлеченные из оперативной памяти. Такое сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора. Современные микропроцессоры имеют кэш-память первого (L1) и второго (L2) уровней. Кэш-память первого уровня (L1), как правило, имеет объем 512 Кбайт, емкость кэш- памяти второго уровня достигает 8 Мбайта в серверных системах;

· устройство управления (УУ) - формирует и подает во все элементы ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций;

· схемы управления шиной реализуют сопряжение и связь с другими устройствами ПК через системную шину.

В 2006 году появились микропроцессоры Intel Core, Intel Xeon, Intel Itanium, имеющие отличную от традиционных микропроцессоров архитектуру, содержащую несколько АЛУ -ядер (2-х ядерная и 4- х ядерная архитектура), позволяющих увеличить быстродействие за счет распараллеливания вычислений, а не за счет увеличения тактовой частоты работы процессора (максимальная тактовая частота 2,16 Ггц) . Микропроцессор Intel Core выполняет более миллиарда (10 ⁹) флопс, содержит 151,6 млн. транзисторов на кристалле площадью 90,3 мм² (первый микропроцессор в 1971 году содержал 2300 транзисторов на кристалле площадью 13,5 мм² и выполнял 60 000 флопс )

Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств ПК между собой. Системная шина включает в себя:

· шину данных для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

· шину адреса для параллельной передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

· шину управления для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

· шину питания для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачу информации между всеми устройствами системного блока.

- между микропроцессором и внутренней памятью;

- между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

- между внутренней памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Современные системные шины имеют разрядность 64 бита и тактовую частоту до 800 Мгц.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик ПК и во многом определяет скорость его работы, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Современные ПК имеют тактовую частоту до 6, 7 ГГц.

Внутренняя память предназначена для хранения и обмена информацией. Внутренняя память содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) В английской литературе ROM (read only memory) и RAM (rendom access memory). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя!). В ПЗУ хранятся программы самотестирования ПК при включении питания, программы начальной загрузки операционной системы, программы установки конфигурации системы и некоторые другие.

ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно - вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отменить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость). Современные ПК имеет ОЗУ объемом 1, 2, 3 или 4 Гбайт типа DDR2 – это удвоенный конструктивный модуль, устанавливаемый на системную плату, а DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM ) является синхронной динамической памятью с удвоенной пропускной способностью.

Видеоадаптеры (видеокарты) предназначены для подключения монитора к компьютеру. Физически они осуществляют формирование сигнала для отображения на дисплее данных и синхронизирующими сигналами -горизонтальной и (строчной) и вертикальной (кадровой) развертки. В настоящее время широко используется стандарт SVGA (Super Video Graphics Array). Видеоустройства, поддерживающий стандарт SVGA, способны отображать до 16,8 миллионов цветов и обеспечивают максимально качественное изображение, приближенное к натуральному цвету.

Контроллеры НЖМД, НГМД и НОД представляют собой специализированные устройства, обеспечивающие подключение и функционирование накопителя на жестких магнитных диска (НЖМД -«винчестер»), накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД- дискета) и накопителя на оптических дисках (CD-диск ) соответственно.

Сетевой адаптер (сетевая плата)является устройством для подключения ПК к локальной компьютерной сети. Наиболее распространенными в настоящее время являются сетевые адаптеры, функционирующие на основе технологии Ethernet и Fast Ethernet и обеспечивающие скорости передачи данных 10 и 100/1000 Мбит/с соответственно, в серверных системах до 10 Гбайт.

Порты (интерфейсы) представляют собой совокупность программных и аппаратных средств для подключения внешних устройств. Конструктивно порты на системном блоке представляют собой стандартные разъемы. Параллельные порты (LPT) позволяет передавать за один такт целый байт информации и применяется для быстрой связи на небольших расстояниях. Последовательные порты (COM) за один такт передают один бит и, в общем случае, работает медленнее, но позволяет передавать данные на большие расстояния. Следует, однако, отметить, что современные последовательные порты типа USB и IEEE1394 превосходят по скорости параллельные, и поэтому вытесняют последние. Специальные порты служат для подключения клавиатуры, микрофона и динамиков (для управления последними используется звуковая карта – мультимедийное устройство, позволяющее воспроизводить музыку и внятную человеческую речь). Игровой порт служит для подключения специального механического устройства джойстика, используемого в компьютерных играх.

Слоты расширения представляют собой пустые разъемы на системной плате, куда могут вставляться дополнительные внутренние устройства.