Конспект лекций по информатике, страница 4

Дополнительные внешниеустройства, подключаемые к интерфейсам ПК, для вводавывода, хранения и обмена данными называютсяпериферийными устройствами.Простой персональный компьютер можно представитьв виде абстрактной модели, аналогичной показанной нарисунке 2.1.каналом, что принципиально ограничивает скоростьработы.Современные персональные компьютеры имеют болеесложную структуру, включающую несколько шин,например, представленная на рисунке 2.2 система на базепроцессора Pentium.У этой системы восемь шин (шина кэша, локальнаяшина, шина памяти, ISA, PCI, IDE, SCSI, и USB), каждаясо своей скоростью передачи данных и своими функциями.………Рисунок 2.1 Упрощенная модель компьютераЦентральный процессор, память и устройства вводавывода соединены системной шиной, по которой ониобмениваются друг с другом информацией.

Все устройстваподсоединяются к одному каналу, называемому общейшиной, это гарантирует свободное подключение новыхустройств, т.е. система имеет теоретически неограниченноеразвитие. Но потоки информации ограничены одним24Рисунок 2.2 Структура системы на базе процессора PentiumТри главные шины – это шина кэша, процессорная(локальная) шина и шина памяти.Системы Pentium имеют кэш первого уровня (кэш L1),встроенный в процессор, и намного больший внешний кэшвторого уровня (кэш L2), подключенный к процессоруотдельной шиной кэша, которая на современных25процессорах располагается на общем кристалле спроцессором.При такой конфигурации центральный процессор попроцессорной (локальной) шине передает данныемикросхеме PCI-моста, который, в свою очередь,обращается к памяти по выделенной шине памяти, частоработающей на частоте 100-800 МГц и более.Две основные шины, обеспечивающие подключениепериферийных устройств, – это ISA и ее преемник, шинаPCI.

Обе они являются параллельными шинами, т.е.обеспечивают передачу данных по нескольким каналамодновременно.Шина ISA (Industry Standard Architecture) впервыепоявилась на компьютерах IBM PC/AT, она работает начастоте 8,33 МГц и может передавать два байта за такт смаксимальной скоростью 16,67 Мбайт/с. В последнихсистемах она уже не используется.Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) можетработать на частоте 66 МГц и передавать сразу по 8 байт затакт со скоростью 533 Мбайт/с. Сейчас большинствовысокоскоростных устройств ввода-вывода используютшину PCI 2.3, работающую на частоте 133 МГц ипередающую данные со скоростью 1066 МБ/с.

Даженекоторые компьютеры с процессорами, отличными отIntel, пользуются шиной PCI, поскольку с ней совместимоочень много плат ввода-вывода.Последовательная шина PCI Express по сравнению сосвоей предшественницей PCI обладает пропускнойспособностью 500 Мб/с на канал и прекраснымивозможностями масштабирования.Также в систему входят три специализированныешины: IDE, USB и SCSI.26Шина IDE (Integrated Device Electronic), она же ATA(AdvancedTechnologyAttachment),служитдляприсоединения периферийных устройств (жестких дисков иустройств для чтения оптических дисков (CD-ROM, R, RW;DVD-ROM, R, RW; BD-ROM, R, RE). Она обеспечиваетпередачу данных со скоростями 16, 33, 66, 100 и 133Мбайт/с.Шина SATA (Serial ATA) – последовательныйинтерфейс обмена данными с накопителями информации(как правило, с жёсткими дисками).

SATA являетсяразвитием интерфейса ATA, который после появленияSATA был переименован в PATA (Parallel ATA). СтандартSATA предусматривает возможность увеличения скоростиработы до 600МБ/с. В настоящее время SATA I – 150 Мб/с,SATA II – 300 Мб/с. Стандарт SATA отказался оттрадиционного для PATA подключения по два устройствана шлейф; каждому устройству полагается отдельныйкабель,чтоснимаетпроблемуневозможностиодновременной работы устройств, находящихся на одномкабеле.SCSI (Small Computer System Interface) – этовысокопроизводительная шина, применяемая для быстрыхвнешних и внутренних дисков, оптических и другихнакопителей, а также сканеров и других устройств,нуждающихся в значительной пропускной способности.

Еепроизводительность достигает 320 Мбайт/с.Шина USB (Universal Serial Bus) – последовательнаяуниверсальная шина, позволяющая присоединять ккомпьютеру множество внешних устройств, таких какклавиатура, мышь и внешние устройства хранения данных,цифровые камеры и видеокамеры и др. USB – этоцентрализованная шина, по которой главное устройствокаждую миллисекунду опрашивает устройства ввода27вывода, чтобы узнать, есть ли у них данные. Все USBустройства используют один и тот же драйвер, поэтому ихможно присоединять к системе без перезагрузки. Впоследних системах используется версия шины – USВ2.0,позволяющая передавать данные со скоростью 60 Мбайт/с.Современные системы поддерживают еще одну шину,котораяназываетсяIEEE1394.Онаявляетсяпоследовательной шиной, но поддерживает пакетнуюпередачу данных со скоростью, достигающей 50 Мбайт/с.Это позволяет подключать к компьютеру портативныецифровыевидеокамерыидругиеподобныемультимедийные устройства.

В отличие от USB шина IEEE1394 не имеет центрального контроллера.eSATA (External SATA) – интерфейс подключениявнешних устройств, поддерживающий режим «горячейзамены» (Hot-plug). Был создан позже SATA. Средняяскорость передачи данных выше, чем у USB или IEEE 1394.Самая большая электронная плата в системном блокеназывается системной, или материнской платой (motherboard).На материнской плате расположены:1) Микропроцессор – управляет работой всех блоков ПК,выполняет арифметические и логические действия исостоит из:- арифметико-логического устройства (АЛУ),- устройства управления (УУ),- ячеек собственной памяти (регистров),- КЭШ-памяти.Основные характеристики:а) разрядность – число одновременно обрабатываемыхбитов информации (т.е.

количество двоичных разрядов,которые процессор обрабатывает за один такт). Эта28характеристика связана с размером регистров процессора, внастоящее время обычно равна 64;б) тактовая частота (быстродействие) – количествоэлементарныхопераций(тактов),выполняемыхмикропроцессором за одну секунду. Измерялась вкилогерцах (КГц), мегагерцах (МГц) и в настоящее время –в гигагерцах (ГГц). Для сравнения: первый в миремикропроцессор Intel (1971 г.) был 4-разрядный, и еготактовая частота составляла 108 КГц, а современныепроцессоры той же фирмы имеют разрядность от 32 до 64 итактовую частоту до нескольких ГГц (например, Intel Itanium 1,6 ГГц);в) число ядер – большинство современных процессоровявляются 2-, 4-ядерными (Intel Core 2 Duo, Intel Itanium 2);г)технологияпроизводства,энергосбережение,тепловыделение, отношение производительности на ваттпотребляемой мощности.Внутренняя память (оперативное запоминающееустройство ОЗУ и постоянное запоминающее устройствоПЗУ).Оперативная память (ОП), или оперативноезапоминающее устройство (ОЗУ) – массив ячеек,способных хранить данные.

Каждая ячейка имеет свойадрес, размер – байт (8 двоичных цифр). Микросхемыоперативной памяти (модули) монтируются на маленькойплате, снабженной контактами, с помощью которых онавставляется в специальный разъем (слот) на материнскойплате. Для расширения возможностей компьютераматеринская плата снабжается несколькими разъёмами. ВОП загружается операционная система, из ОП процессорберет программы и исходные данные для обработки, в неезаписывает полученные результаты. Содержащаяся в ОПинформация сохраняется, пока компьютер включен (пока292)есть электропитание), при выключении компьютерасодержимое ОП стирается.

Таким образом, ОП –энергозависимая память.В настоящее время объем (емкость) ОП персональногокомпьютера – от 1 до 4 Гб.Микросхема ПЗУ используется для хранениянеизменяемой информации, это энергонезависимая память.Электрически стираемое ПЗУ (EEPROM) и флэшОЗУ также энергонезависимы, но в отличие от ПЗУ ихсодержимое можно стереть и переписать. Процессоробращается за своей первой командой к программам,«зашитым» в ПЗУ. Этот комплект программ называетсяBIOS (Basic Input/Output System – базовая системаввода/вывода),основноеназначение–проверкаработоспособности системы и загрузка операционнойсистемы, т.е. обеспечение взаимодействия с клавиатурой,монитором, дисками и т.д.Микросхема CMOS – энергонезависимая память(питается от батарейки на материнской плате), котораяхранит параметры дисков, текущие время, дату, пароль ит.д.3) Системные шины (см. выше).4) Слоты (разъемы) для подключения видеокарты,звуковой карты и других плат.Видеокарта (видео- или графический адаптер) –специальная плата, управляющая выводом на экран ихранящая изображение в своей видеопамяти.Необходимый объём памяти для хранения экранныхизображенийопределяетсяперемножениемгоризонтального размера на вертикальный размер и наглубину цвета2.Например, для хранения образа экрана при разрешении1280х1024 точек (пикселей) и качестве цветопередачи(глубине цвета) 32 бита нужно 1280*1024*32 бит =41943040 байт = 40 Мб.В современных видеокартах объем видеопамятисоставляет 256 Мб и более.Звуковая карта – специальная плата, котораяуправляет выводом звуковой информации (музыка, речь иразличные звуковые эффекты).

Звук воспроизводится черезвнешние колонки, которые подключаются к выходузвуковой карты. Основной параметр – разрядность(количество битов при оцифровке).В системном блоке также расположены устройствавнешней памяти компьютера (накопители на жесткихмагнитных дисках, дисководы оптических дисков CD иDVD).Накопитель на жестком магнитном диске (другиеназвания: винчестер, HDD – Hard Disk Drive).Жесткие диски – наиболее быстрые из внешнихустройств хранения информации. Предназначены длядолговременного хранения больших объемов информации:программ операционной системы, прикладных программ,документов, баз данных и т.д. Вся информация на дискаххранится в виде файлов различных типов, организованных всоответствиисфайловойсистемой.Основныехарактеристики – ёмкость (современные значения порядка200 Гб и более), частота вращения и производительность(время доступа).С помощью специальной программы – администраторадиска – жесткий диск может быть разделен на логическиедиски, каждый из которых получает свое имя – С:, D:, E:, F:и т.д.2глубина цвета – количество бит для кодирования цвета одногопикселя.3031В одном компьютере может быть установленонесколько жестких дисков.Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД,FDD – Floppy Disk Drive, дискеты) предназначены дляпереноса небольших файлов с компьютера на компьютер.Емкость дискет (1,44 Мб) и их надежность крайне слабые,поэтому используются они все реже и реже.

Эти накопителиобычно имеют логические имена А: и В:.В настоящее время эти накопители практически неприменяются.Существуют также Zip-, Jaz- и HiFD-накопителиемкостью 200-500 Мб, однако широкого распространенияони не получили.Оптические дисководы (CD, DVD, BD) позволяютсчитывать, записывать и перезаписывать информацию насоответствующих носителях.Информация на оптических дисках считывается изаписывается с помощью лазерного луча, который скользитпо поверхности диска. Первые CD-ROM (Compact DiskRead Only Memory – компакт-диски только для чтения)емкостью 600-700 Мб обеспечивали только считываниеразмещенной на них информации. Скорость считыванияинформации определяется устройством, в котороевставляется компакт-диск (привод, или дисковод).Затем появились CD-R (Compact Disk Recordable) –компакт-диски с возможностью однократной записи исоответствующие им дисководы, а еще через некотороевремя – CD-RW (Compact Disk ReWritable) для чтения имногократнойзаписи.Скоростнаяхарактеристикадисководасостоитиз3величин:скоростьзаписи/перезаписи/чтения.

Каждая скорость измеряется вкратных единицах по отношению к базовой (150 Kбайт/с).32Эти диски используются для хранения небольших объемовинформации и аудиозаписей.Для хранения большого объема информации ивидеофильмов используются диски DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), DVD-R (DVD Recordable),DVD-RAM (DVD Random Access Memory), DVD-RW (DVDReWritable).