Устройство ЭВМ

1. Устройство ЭВМ

2. Компьютер

Компьютер (computer — «вычислитель»)
— машина для проведения вычислений.

3. Принципы устройства ЭВМ

При создании первых вычислительных
машин, в 1945 г., американский математик
и физик Джон фон Нейман (John von
Neumann; 1903–1957) сформулировал
требования, которые должны выполняться,
чтобы компьютер стал универсальным и
удобным устройством для обработки
информации. Эти требования назвали
“принципами фон-Неймана”

4. Принципы устройства ЭВМ

1. Принцип программного управления
Этот принцип обеспечивает автоматизацию
процессов вычислений на ЭВМ. Программа
состоит из набора команд, которые
выполняются процессором автоматически в
определенной последовательности.

5. Принципы устройства ЭВМ

2. Принцип однородности памяти
Отсутствие принципиальной разницы между
программой и данными дало возможность ЭВМ
самой формировать для себя программу в
соответствии с результатами вычислений.
Компьютеру “безразлично”, что хранится в
данной ячейке памяти – команда программы
или данные пользователя. Над командами
можно выполнять такие же действия, как и над
данными. Это очень удобно, иначе надо было
бы хранить программы отдельно от
пользовательских данных.

6. Принципы устройства ЭВМ

3. Принцип адресности памяти
Структурно память компьютера состоит из
пронумерованных ячеек. Процессору в
произвольный момент времени доступна любая
ячейка памяти. Отсюда следует возможность
давать имена областям памяти, так, чтобы к
запомненным в них значениям можно было
впоследствии обращаться или менять их в
процессе выполнения программ с
использованием присвоенных имен.

7. Принципы устройства ЭВМ

4. Принципиальная возможность создания
надежного компьютера из ненадежных
компонентов
Фон Нейман в своей работе “Вероятностная
логика и синтез надежных организмов из
ненадежных компонентов” показал, что с
помощью ненадежно функционирующих
элементов, тем не менее, можно построить
систему, которая будет надежной.

8. Принципиальное устройство компьютера

Компьютер должен иметь следующие устройства:
• арифметическо-логическое устройство, которое
выполняет арифметические и логические
операции;
• устройство управления, которое организует
процесс выполнения программ;
• запоминающее устройство для хранения
программ и данных;
• внешние устройства для ввода-вывода
информации.

9. Принципиальное устройство компьютера

Арифметическологическое устройство
Устройство управления
Запоминающее
устройство
Внешние
устройства

10. Современные ПК

В современных ПК арифметическологическое устройство и устройство
управления объединены в единое
устройство - центральный процессор.

11. Устройство ПК

12. Центральный процессор (CPU)

ЦП - устройство для проведения
вычислений и логических операций.
Он состоит из процессора и
сопроцессора (сопроцессоров).
Основная характеристика ЦП - тактовая
частота (герц). Она характеризует
быстродействие процессора.

13. Тактовая частота

ТЧ - это количество операций, которое
ЦП способен произвести за секунду.
Единицы измерения - герц (Hz),
килогерц (KHz), мегагерц (MHz),
гигагерц (GHz).
В настоящий момент основной единицей
измерения ТЧ являются гигагерцы.

14. Центральный процессор

Современные процессоры помимо
наличия сопроцессоров разделены на
отельные логические части - ядра. Это
призвано повысить быстродействие
процессора за счет разделения
обязанностей по выполнению операций
между ядрами.

15. Центральный процессор

ЦП могут отличаться друг от друга:
• фирмой производителем;
• тактовой частотой;
• разъемом;
• объемом кэш-памяти;
• стоимостью;
• и др.

16. Центральный процессор

Основные конкуренты на рынке
производства ЦП это фирмы:
Intel (Intel Core 2 Duo, Pentium,
Celeron)
AMD (Athlon, Turion, Sempron)

17. Материнская плата

Важной составляющей является и
системная плата (материнская плата) —
многослойная печатная плата, на которую
устанавливаются основные компоненты
компьютера — процессор, постоянная
память, контроллеры внешних устройств и
чипсет.

18.

Основной характеристикой материнской платы является
производительность чипсета, так как он влияет на
производительность всей системы в целом. В настоящее время
большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе
двух микросхем, исторически получивших название «северный
мост» и «южный мост».
«Северный мост» обычно управляет взаимосвязью процессора,
оперативной памяти и графического порта.
«Южный мост» называют также функциональным контроллером.
Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков,
функции контроллера шины PCI, контроллера клавиатуры, мыши,
шины USВ и т. п.

19. Передача данных внутри ПК

Передача данных осуществляется с
помощью соединительных линий - шин.
Шины могут быть:
системные
локальные

20. Системная шина

Системную шину можно упрощенно
представить как совокупность сигнальных
линий, объединенных по их назначению
(данные, адреса, управление)
Основной обязанностью системной шины
является передача информации между
процессором (или процессорами) и
остальными электронными компонентами
компьютера.

21. Типы системных шин

Особенностью современных ПК является
наличие шины ISA, унаследованной от
самых первых моделей IBM PC. Кроме
нее, в ПК применяются шины EISA,
MCA, VLB, PCI, PCMCIA (CardBus) и
AGP.

22. Локальные шины

Если обмен информацией ведется между
периферийным устройством и контроллером,
то соединяющая их линия передачи данных
называется интерфейсом передачи данных, или
просто интерфейсом. Среди применяемых в
современных и перспективных ПК
интерфейсов можно отметить EIDE, SCSI, SSA
и Fibre Channel, USB, FireWire (IEEE 1394)

23. Локальные шины

Порты ввода/вывода, использующиеся
для подключения низкоскоростных
периферийных устройств, обладают
следующими интерфейсами:
последовательный порт (COM),
параллельный порт (LPT), игровой
порт/MIDI порт и инфракрасный порт
(IrDA).

24. Оперативная память

Оперативная память
Или сокращенно «ОЗУ», что означает «оперативное
запоминающее устройство». ОЗУ— энергозависимая
память компьютера отвечающая за временное хранение
информации и команды, необходимые ЦП для
выполнения операций. Основополагающей
характеристикой ОЗУ является её частота (тактовая).
Кроме того, важным показателем также является
поколение, к которому принадлежит оперативная
память.

25. Оперативная память

Сегодня в составе настольных и портативных ПК в основном
установлена память стандарта:
«DIMM» — 2-хсторонний модуль памяти;
DDR – динамическая синхронная память с удвоенной скоростью
передачи данных и свободным доступом, подразделяется на 3
различные поколения.
Что касается DDR-памяти, то номер поколения отображается в
названии, при этом память 1-го поколения считается
устаревшей, она встречается в компьютерах 5-6 летней
давности, а ОЗУ«DDR 2-го поколения» сейчас активно
замещается памятью «DDR 3-го поколения».
DDR 4 (SDRAM) – вышла в 2014 году.

26. Жесткий диск

Представлен «HDD» (жесткий диск или винчестер, ЗУ) – устройство, отвечающее за
хранение информации, которое базируется на принципах магнитной записи. Именно
благодаря этой составляющей в ПК размещается весь контент, начиная с операционной
системы, заканчивая пользовательскими файлами.
Ключевыми характеристиками этого устройства являются:
Интерфейс (англ. interface) — техническое средство взаимодействия 2-х разнородных
устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи,
сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти
линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно
выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же
IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

27. Характеристики жесткого диска

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться
накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного
совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость
непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором
3,5 дюйма) на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гб (4 терабайт) и близится к 5 Тб
Физический размер (форм-фактор; англ. dimension) — почти все накопители 2001—
2008 годов для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо
2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в
настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы
1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и
5,25 дюймов.
Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое
винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на
произвольный участок магнитного диска.
Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя
в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и
средняя скорость передачи данных.

28. Характеристики жесткого диска

Количество операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS) — у современных дисков
это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при
последовательном доступе.
• Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.
• Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя
резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой
перегрузки во включённом и выключенном состоянии.
• Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:
• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;[когда?]
• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.[когда?]
• Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для
сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В
современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 Мб.
Рассказывая о подсистеме хранения ПК, нельзя не отметить SSD (твердотельные
накопители), на базе флеш памяти, которые в разы быстрее винчестеров, но и стоят
дороже.

29. Контроллеры

Устройства, осуществляющие взаимодействие
ЦП с другими электронными устройствами ПК,
называются контроллерами.
Виды контроллеров:
• Интегрированные (контроллеры клавиатуры,
мыши и пр.)
• Не интегрированные (видеокарта, сетевая
карта, аудиокарта)

30. Видеокарта

Видеокарта, которая может называться «графической
платой», «видеоадаптером», «графическим адаптером»,
«графическая картой» – устройство, которое отвечает за
процесс формирования графического образа на
устройстве вывода информации — мониторе.
Современная видеокарта, может быть, как
интегрированной (встроенной) в материнскую плату ПК,
так и быть самостоятельной платой расширения,
устанавливаемой в разъём стандарта PCI, PCI-Express,
VLB, ISA, EISA, MCA на системной плате.

31. Видеокарта

Если говорить о встроенных адаптерах, то зачастую они, используются в
экономных системах, ориентированных на работу с офисными приложениями.
Последнее время практически все интегрированные решения позволяют
наслаждаться просмотром видеоматериалов высокой четкости и трехмерной
графики начального уровня, но при этом, их возможности невозможно сравнить
с возможностями, которыми наделены графические ускорители,
производящиеся, как самостоятельные платформы. Самостоятельная видеокарта
– по сути, ещё один компьютер в компьютере, ведь самостоятельный
видеоадаптер в своём составе имеет собственный графический чип (GPU), а
порой и больше, память (GDDR), систему питания, систему охлаждения,
цифроаналоговый преобразователь и видеоконтроллер. Для графической карты
главными характеристиками является - частота (тактовая) видеопроцессора и
частота видеопамяти, объём и ширина шины видеопамяти. В составе видеокарты
всегда имеется несколько выходов, сегодня наиболее популярными является
«VGA» — аналоговый интерфейс, а также цифровые разъёмы стандарта
«HDMI» или (miniHDMI), «DVI» и DisplayPort (miniDP).

32. Кулер

Ку́лер (англ. cooler — охладитель) — в
применении к компьютерной тематике —
название системы воздушного охлаждения —
совокупности вентилятора и радиатора,
устанавливаемых на электронные компоненты
компьютера с повышенным тепловыделением
(обычно более 5 Вт): центральный процессор,
графический процессор, микросхемы чипсета,
блок питания.

33. Блок питания

Устройство современного компьютера не может обходиться без
блока питания или сокращенно «БП» – специальное устройство,
предназначенное для обеспечения компонентов ПК электрическим
током, а также для преобразования напряжения до необходимых
значений. В некоторых случаях БП может брать на себя функции,
связанные со стабилизацией и защитой компонентов ПК от скачков
напряжения в сети.
Ключевой характеристикой БП является его мощность, последняя в
современных изделиях находится в пределах 300 — 1500 Ватт.