Архітектура комп'ютера

1.    Які пристрої входять до складу комп’ютера? Для чого вони призначені?

2.    Який пристрій комп’ютера виконує опрацювання даних? Де, зазвичай, він розміщується?

3. Назвіть інформаційні процеси. Які пристрої комп’ютера забезпечують збереження даних?

АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРА

У п’ятому класі ви вже ознайомилися зі складовими персонального комп’ютера. Розглянемо трохи детальніше схему реалізації інформаційних процесів у комп’ютері з використанням його пристроїв (мал. 2.1). Дані потрапляють до внутрішніх запам’ятовуючих пристроїв (внутрішньої пам’яті) комп’ютера через пристрої введення даних (клавіатура, мі

крофон, миша, сканер тощо) або із зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв (зовнішньої пам’яті) - пристроїв для роботи з жорсткими магнітними та оптичними дисками, флеш-накопичувачів, флеш-карт тощо. З внутрішньої пам’яті дані потрапляють до процесора, де опрацьовуються і результати опрацювання знову передаються до внутрішньої пам’яті, а звідти -до пристроїв виведення даних (монітор, принтер, звукові колонки тощо) або до пристроїв зовнішньої пам’яті. Усі операції в комп’ютері пов’язані

з реалізацією інформаційних процесів можливі тільки під керуванням відповідних програм.

Схема, зображена на малюнку 2.1, описує типову архітектуру персонального комп’ютера. Архітектура комп’ютера - це модель, що описує взаємодію пристроїв та програм для забезпечення інформаційних процесів у комп’ютері.

ПРОЦЕСОР, ЙОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Ви вже знаєте, що опрацювання даних у комп’ютері виконується процесором (мал. 2.2). Він є пристроєм, що забезпечує виконання комп’ютерних програм. У процесорів, як у будь-якого виконавця алгоритмів, є свій набір команд.

Процесор комп’ютера є його основною складовою. Він містить пристрій керування, який забезпечує виконання команд комп’ютерної програми, та арифметично-логічний пристрій, який і здійснює операції над даними. До складу сучасних процесорів входить ще й складова внутрішньої пам’яті - так звана кеш-пам’ять. Її призначення ми розглянемо трохи згодом.

Основною властивістю процесора є швидкість опрацювання даних, яка залежить від значення кількох інших властивостей: тактової частоти роботи процесора, кількості ядер, розрядності, обсягів кеш-пам’яті тощо (табл. 2.1).

Таблиця 2.1

Приклади значень властивостей процесора для настільного і планшетного комп’ютерів

ПАМ’ЯТЬ КОМП’ЮТЕРА. ВНУТРІШНЯ ПАМ’ЯТЬ

Пам’ять комп’ютера призначена для збереження даних. Її поділяють на внутрішню та зовнішню (мал. 2.3). Основною властивістю всіх видів пам’яті є її ємність, що вимірюється в байтах, кілобайтах, мегабайтах, гігабайтах, терабайтах тощо.

Внутрішня пам’ять служить для забезпечення роботи процесора. Пристрої внутрішньої пам’яті, як і процесор, розміщуються на материнській платі комп’ютера (мал. 2.4).

Материнська або головна плата (англ. motherboard або main-board) - основна складова сучасних персональних комп’ютерів, яка забезпечує передачу даних між пристроями комп’ютера.

Оперативна пам’ять є основною в комп’ютері, у ній розміщуються програми і дані, які в подальшому опрацьовуються процесором. Він може отримувати дані й команди тільки з оперативної пам’яті. У неї ж записуються

і результати опрацювання даних. Для того щоб дані були опрацьовані процесором, вони попередньо повинні бути передані («завантажені») з пристроїв уведення даних або запам’ятовуючих пристроїв до оперативної пам’яті.

Після вимкнення живлення комп’ютера всі дані з оперативної пам’яті зникають.

Оперативна пам’ять виготовляється у вигляді блоку мікросхем, який встановлюється у спеціальні роз’єми (слоти) на материнській платі (мал. 2.4, 3). Як правило на материнській платі можна встановити кілька блоків мікросхем оперативної пам’яті.

Для забезпечення початку роботи комп’ютера основні (базові) програми зберігаються в постійній пам’яті. Після ввімкнення комп’ютера дані з по-

стійної пам’яті копіюються («завантажуються») в оперативну пам’ять, і запускаються програми підготовки комп’ютера до роботи.

Постійна пам’ять виготовляється у вигляді однієї або двох мікросхем, що вставляються у спеціальні гнізда - «сокети» (мал. 2.5, а) або впаюються на материнській платі (мал. 2.5, б).

Як уже зазначалося, до складу сучасних процесорів включають кеш-пам’ять. Вона призначена для прискорення обміну даними між основним масивом оперативної пам’яті і процесором. Розрізняють кеш-пам’ять першого, другого і третього рівнів. Ємність кеш-пам’яті першого рівня в більшості процесорів - 128 Кбайт. Ємності кеш-пам’яті другого і третього рівнів суттєво відрізняються в різних процесорах. На початок 2016 року кеш-пам’ять другого рівня у процесорах для настільних персональних комп’ютерів становить 1-8 Мбайт, а третього - 2-20 Мбайт. Збільшення ємності кеш-пам’яті зазвичай збільшує швидкодію процесора.

ЗОВНІШНІ ЗАПАМ’ЯТОВУЮЧІ ПРИСТРОЇ

Якщо пристрої внутрішньої пам’яті розміщені на материнській платі, то пристрої зовнішньої пам’яті приєднуються до неї з використанням різних з’єднань. Пристрої зовнішньої пам’яті, на відміну від пристроїв внутрішньої пам’яті (за винятком постійної пам’яті), призначені для довго-

тривалого зберігання даних. Після вимкнення живлення дані з носіїв зовнішньої пам’яті не зникають.

До пристроїв зовнішньої пам’яті належать накопичувані на жорстких

магнітних дисках, пристрої для роботи з оптичними дисками, пристрої, що використовують флеш-пам’ять тощо.

Носієм даних у накопичувані на жорстких магнітних дисках (НЖМД) є один або кілька металевих дисків, покритих шаром магнітної речовини (мал. 2.6). Запис даних виконується шляхом намагнічування ділянок поверхні диска з використанням електромагнітної головки, яка виконує і зчитування даних.

Властивості накопичувачів на жорстких магнітних дисках та приклади їх значення в сучасних пристроях подано в таблиці 2.2.

Значення властивостей сучасних НЖМД

Таблиця 2.2

Пристрої для роботи з оптичними дисками використовують промінь лазера для зчитування (запису) даних з оптичних дисків різних типів, які відрізняються ємністю та можливістю виконувати запис і перезапис даних. Основні типи оптичних дисків, їх властивості та значення властивостей подано в таблиці 2.3.

Основні типи оптичних дисків

Таблиця 2.3

Пристрої флеш-пам’яті останнім часом набули широкого розповсюдження і використовуються не тільки як пристрої для перенесення даних між комп’ютерами, але і як основний пристрій зовнішньої пам’яті

в переносних комп’ютерах - нетбуках, планшетних комп’ютерах, не кажучи вже про мобільні пристрої, а також фото- і відеокамери (мал. 2.7). Флеш-пам’ять значно зменшила використання оптичних дисків.

Зі збільшенням ємності пристроїв флеш-пам’яті вони почали активно використовуватися і як замінники нако-пичувачів на жорстких магнітних дисках. Такі пристрої отримали назву твердотілих накопичувачів або 88П-дисків.

Ємність 88Б-дисків (мал. 2.8) не набагато менша від ємності накопичувачів на жорстких магнітних дисках і складає більше ніж 2 Тбайт, однак вони можуть забезпечувати більшу швидкість запису та зчитування даних.

Архітектура комп’ютера - це модель, що описує взаємодію пристроїв та програм для забезпечення інформаційних процесів у комп’ютері.

Процесор — це пристрій, який забезпечує опрацювання даних. Він містить пристрій керування, який забезпечує виконання команд комп’ютерної програми, та арифметично-логічний пристрій, який і здійснює операції над даними. Основною властивістю процесора є швидкість опрацювання даних, яка залежить від значення кількох інших властивостей: тактової частоти, кількості ядер, розрядності, обсягів кеш-пам’яті тощо.

Пам’ять комп’ютера призначена для збереження даних, її поділяють на внутрішню та зовнішню.

Пристрої внутрішньої пам’яті (оперативна, постійна, кеш-пам’ять) розміщуються на материнській платі. Дані з оперативної пам’яті та кеш-пам’яті після вимкнення живлення зникають, а з постійної - ні.

Пристрої зовнішньої пам’яті (накопичувачі на жорстких магнітних дисках, пристрої для роботи з оптичними дисками, пристрої, що використовують флеш-пам’ять) призначені для довготривалого зберігання даних. Після вимкнення живлення дані з носіїв зовнішньої пам’яті не зникають.

Основною властивістю всіх видів пам’яті є її ємність, що вимірюється в байтах, кілобайтах, мегабайтах, гігабайтах, терабайтах тощо.

Дайте відповіді на запитання

1°. Що таке архітектура комп’ютера?

2*. Опишіть схему реалізації інформаційних процесів у комп’ютері за малюнком 2.1.

3*. Для чого призначений процесор? Назвіть пристрої, що входять до складу процесора.

4°. Який пристрій пам’яті включено до складу сучасних процесорів?

5*. Назвіть властивості процесора та наведіть приклади їх значень.

6*. Наведіть класифікацію пам’яті комп’ютера. Яка основна властивість пам’яті?

7°. Назвіть одиниці вимірювання ємності пам’яті.

8*. Для чого призначена оперативна пам’ять? Де вона розміщується?

9*. Для чого призначена постійна пам’ять комп’ютера? У чому її відмінність від оперативної?

10°. Для чого призначена кеш-пам’ять?

11*. Назвіть пристрої зовнішньої пам’яті. Наведіть приклади значень властивостей кожного з них.

12*. Чим внутрішня пам’ять відрізняється від зовнішньої?

13*. Що спільного і в чому відмінності між пристроями зовнішньої пам’яті?

Виконайте завдання

1*. Використовуючи дані одного із сайтів з відомостями про сучасні комп’ютерні пристрої, наприклад hotline.ua, визначте значення властивостей трьох різних процесорів, що надійшли останнім часом у продаж у магазини України. Заповніть таблицю:

2*. Дослідіть, використовуючи дані сайтів з відомостями про сучасні комп’ютерні пристрої, наприклад hotline.ua, значення властивостей оперативної пам’яті з максимальною ємністю, що пропонуються для ноутбуків. Заповніть таблицю:

3*. Розташуйте носії даних, які ви знаєте, у порядку зменшення їх ємності.

4*. За відомостями з Інтернету або каталогами комп’ютерних магазинів визначте значення властивостей процесорів, які доступні на ринку комп’ютерів вашого регіону.

5*. За відомостями з Інтернету або каталогами комп’ютерних магазинів порівняйте ємність кеш-пам’яті другого рівня процесорів з однаковою тактовою частотою і кількістю ядер різних виробників.

6*. Підготуйте повідомлення про можливість і способи зміни даних у постійній пам’яті.

Це матеріал з підручника Інформатика 8 клас Ривкінд