Архитектура компьютера

1.    Какие устройства входят в состав компьютера? Для чего они предназначены?

2.    Какое устройство компьютера осуществляет обработку данных? Где, как правило, оно размещается?

3.    Назовите информационные процессы. Какие устройства компьютера обеспечивают хранение данных?

АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРА

В пятом классе вы уже ознакомились с устройствами персонального компьютера. Рассмотрим несколько подробнее схему реализации информационных процессов в компьютере с использованием его устройств (рис. 2.1). Данные попадают во внутренние запоминающие устройства (внутреннюю память) компьютера через устройства ввода данных (клави

атуру, микрофон, мышь, сканер и т. п.) или с внешних запоминающих устройств (внешней памяти) - устройств для работы с жесткими магнитными и оптическими дисками, флэш-накопителей, флэш-карт и т. п. Из внутренней памяти данные попадают в процессор, где обрабатываются, и результаты обработки снова передаются во внутреннюю память, а оттуда - к устройствам вывода данных (монитор, принтер, звуковые колонки и т. п.) или к устройствам внешней памяти. Все операции в компьютере,

связанные с реализацией информационных процессов, возможны только под управлением соответствующих программ.

Схема, изображенная на рисунке 2.1, описывает типичную архитектуру персонального компьютера. Архитектура компьютера - это модель, описывающая взаимодействие устройств и программ для обеспечения информационных процессов в компьютере.

ПРОЦЕССОР, ЕГО НАЗНАЧЕНИЕ

Вы уже знаете, что обработка данных в компьютере выполняется процессором (рис. 2.2). Он представляет собой устройство, обеспечивающее выполнение компьютерных программ. У процессора, как у любого исполнителя алгоритмов, есть свой набор команд.

Процессор компьютера является его основной составляющей. Он содержит устройство управления, которое обеспечивает выполнение команд компьютерной программы, и арифметико-логическое устройство, которое и осуществляет операции над данными. В состав современных процессоров входит еще и составляющая внутренней памяти - так называемая кэшпамять. Ее назначение мы рассмотрим немного позже.

Основным свойством процессора является скорость обработки данных, которая зависит от значения нескольких других свойств: тактовой частоты процессора, количества ядер, разрядности, объемов кэш-памяти и т. п. (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Примеры значений свойств процессора для настольного и планшетного компьютеров

ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА. ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Память компьютера предназначена для хранения данных. Ее разделяют на внутреннюю и внешнюю (рис. 2.3). Основным свойством всех видов памяти является ее емкость. Она измеряется в байтах, килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах и т. п.

Внутренняя память служит для обеспечения работы процессора. Устройства внутренней памяти, как и процессор, размещаются на материнской плате компьютера (рис. 2.4).

Материнская, или главная, плата (англ. motherboard или main-board) - основная составляющая современных персональных компьютеров, которая обеспечивает передачу данных между устройствами компьютера.

Оперативная память является основной в компьютере, в ней размещаются программы и данные, которые в даль-

Рис. 2.4.Материнская плата компьютера

нейшем обрабатываются процессором. Он может получать данные и команды только из оперативной памяти. В нее же записываются и результаты обработки данных. Для того чтобы данные были обработаны процессором, они предварительно должны быть переданы («загружены») из устройств ввода данных или запоминающих устройств в оперативную память.

После выключения компьютера все данные с оперативной памяти исчезают.

Оперативная память изготавливается в виде блока микросхем, который устанавливается в специальные разъемы (слоты) на материнской плате (рис. 2.4, 3). Как правило, на материнской плате можно установить несколько блоков микросхем оперативной памяти.

Для обеспечения начала работы компьютера основные (базовые) программы хранятся в постоянной памяти. При включении компьютера данные из постоянной памяти копируются («загружаются») в оперативную память, и запускаются программы подготовки компьютера к работе.

Постоянная память изготавливается в виде одной или двух микросхем, которые вставляются в специальные гнезда - сокеты (рис. 2.5, а) или впаиваются в материнскую плату (рис. 2.5, б).

Как уже отмечалось, в состав современных процессоров включают кэшпамять. Она предназначена для ускорения обмена данными между основным массивом оперативной памяти и процессором. Различают кэш-память первого, второго и третьего уровней. Емкость кэш-памяти первого уровня в большинстве процессоров - 128 Кбайт. Емкости кэш-памяти второго и третьего уровней существенно отличаются в разных процессорах. На начало 2016 года кэш-память второго уровня в процессорах для настольных персональных компьютеров составляет 1-8 Мбайт, а третьего - 2-20 Мбайт. Увеличение емкости кэш-памяти обычно увеличивает быстродействие процессора.

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Если устройства внутренней памяти размещены на материнской плате, то устройства внешней памяти присоединяются к ней с использованием различных соединений. Устройства внешней памяти, в отличие от устройств внутренней памяти (за исключением постоянной памяти), предназначены для длительного хранения данных. После выключения питания данные с носителей внешней памяти не исчезают.

К устройствам внешней памяти относятся накопители на жестких магнитных дисках, устройства для работы с оптическими дисками, устройства, использующие флэш-память и т. п.

Носителем данных в накопителе на жестких магнитных дисках (НЖМД) является один или несколько металлических дисков, покрытых слоем магнитного вещества (рис. 2.6). Запись данных производится путем намагничивания участков поверхности диска с использованием электромагнитной головки, которая выполняет и считывание данных.

Свойства накопителей на жестких магнитных дисках и примеры их значений в современных устройствах представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Значение свойств современных НЖМД

Устройства для работы с оптическими дисками используют луч лазера для считывания (записи) данных с оптических дисков различных типов, которые отличаются емкостью и возможностью выполнять запись и перезапись данных. Основные типы оптических дисков, их свойства и значения свойств представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Основные типы оптических дисков

Устройства флэш-памяти в последнее время получили широкое распространение и используются не только как устройства для переноса данных между компьютерами, но и как основное устройство внешней памяти в переносных компьютерах - нетбуках, планшетных компьютерах, не говоря уже о мобильных устройствах, а также фото- и видеокамерах (рис. 2.7). Флэш-память значительно уменьшила использование оптических дисков.

SSD (англ. Solid-State Drive) - твердотелое (сплошное) устройство.

С увеличением емкости устройств флэш-памяти они начали активно использоваться и как заменители накопителей на жестких магнитных дисках. Такие устройства получили название твердотелых накопителей, или 88Б-дисков. Емкость 88Б-дисков (рис. 2.8) не намного меньше емкости накопителей на жестких магнитных дисках и составляет более чем 2 Тбайт, однако они могут обеспечивать большую скорость записи и считывания данных.

Архитектура компьютера - это модель, описывающая взаимодействие устройств и программ для обеспечения информационных процессов в компьютере.

Процессор — это устройство, обеспечивающее обработку данных. Он содержит устройство управления, которое обеспечивает выполнение команд компьютерной программы, и арифметико-логическое устройство, которое и осуществляет операции над данными. Основным свойством процессора является скорость обработки данных, зависящая от значения нескольких других свойств: тактовой частоты, количества ядер, разрядности, объемов кэш-памяти и т. п.

Память компьютера предназначена для сохранения данных, ее разделяют на внутреннюю и внешнюю.

Устройства внутренней памяти (оперативная, постоянная, кэш-память) размещаются на материнской плате. Данные из оперативной памяти и кэш-памяти после выключения питания исчезают, а с постоянной - нет.

Устройства внешней памяти (накопители на жестких магнитных дисках, устройства для работы с оптическими дисками, устройства, использующие флэш-память) предназначены для длительного хранения данных. После выключения питания данные с носителей внешней памяти не исчезают.

Основным свойством всех видов памяти является ее емкость, которая измеряется в байтах, килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах и т. п.

1°. Что такое архитектура компьютера?

2*. Опишите схему реализации информационных процессов в компьютере по рисунку 2.1.

3*. Для чего предназначен процессор? Назовите устройства, входящие в состав процессора.

4°. Какое устройство памяти включено в состав современных процессоров?

5*. Назовите свойства процессора и приведите примеры их значений.

6*. Опишите классификацию памяти компьютера. Каково основное свойство памяти?

7°. Назовите единицы измерения емкости памяти.

8*. Для чего предназначена оперативная память? Где она размещается?

9*. Для чего предназначена постоянная память компьютера? Чем она отличается от оперативной?

10°. Для чего предназначена кэш-память?

11*. Назовите устройства внешней памяти. Приведите примеры значений свойств каждого из них.

12*. Чем внутренняя память отличается от внешней?

13*. Что общего и в чем отличие между устройствами внешней памяти?

1*. Используя данные одного из сайтов со сведениями о современных компьютерных устройствах, например hotline.ua, определите значения свойств трех различных процессоров, поступивших в последнее время в продажу в магазины Украины. Заполните таблицу:

2*. Исследуйте, используя данные сайтов со сведениями о современных компьютерных устройствах, например hotline.ua, значения свойств блоков оперативной памяти максимальной емкости, предлагаемых для ноутбуков. Заполните таблицу:

3*. Расположите носители данных, которые вы знаете, в порядке убывания их емкости.

4*. По сведениям из Интернета или каталогам компьютерных магазинов определите значения свойств процессоров, которые доступны на рынке компьютеров вашего региона.

5*. По сведениям из Интернета или каталогам компьютерных магазинов сравните емкость кэш-памяти второго уровня процессоров с одинаковыми значениями тактовой частоты и количества ядер различных производителей.

6*. Подготовьте сообщение о возможности и способах изменения данных в постоянной памяти.

Это материал учебника Информатика 8 класс Ривкинд