Материнська (системна) плата. Процесор. Пам'ять комп'ютера: основна і зовнішня. Використання сучасних носіїв інформації (DVD-ROM, flash-пам'яті, зовнішніх жорстких дисків)

Як раніше було сказано, в основі роботи комп'ютера лежить магістральної-модульний принцип. В даному уроці будуть детально розглянуті основні характеристики модулів комп'ютера.

Центральною частиною ПК є материнська плата (Рис. 1).

Мал. 1. Материнські плати різних років випуску (зліва - більш рання, праворуч - сучасна) ( джерело 1 ) ( джерело 2 )

Вона знаходиться в системному блоці. На ній розташовується центральний процесор (ЦП), контролери (наприклад, управління пам'яті, управління зовнішніми пристроями). Материнська плата - це складна багатошарова друкована плата, на якій встановлюються основні компоненти персонального комп'ютера або сервера початкового рівня.

До неї приєднується такі модулі комп'ютера, як центральний процесор, контролер оперативної пам'яті (ОЗУ і ПЗУ), контролери базових елементів введення-виведення (BIOS). Материнська плата безпосередньо визначає і координує роботу таких різних за своєю суттю і функціональності комплектуючих, як процесор, оперативна пам'ять, плати розширення і різні накопичувачі даних.

Також в материнську плату вбудований генератор тактової частоти, який синхронізує роботу всіх пристроїв комп'ютера (Рис. 2).

Мал. 2. Мікросхема тактового генератора, встановленого в ноутбуці ( джерело )

Такт - це проміжок часу між двома імпульсами генератора тактової частоти. Для виконання однієї елементарної операції необхідні кілька тактів. Тактова частота перших ПК становила 4,77 МГц. Сучасні комп'ютери мають частоту 2,5 ГГц. Важлива характеристика материнської плати - це її продуктивність. Вона визначається тактовою частотою і розрядністю даних, переданих одночасно по загальній шині. За загальною шині передаються керовані сигнали від процесора до інших пристроїв комп'ютера. Архітектура, продуктивність материнських плат постійно вдосконалюється. Збільшується кількість портів.

Порт - це багаторозрядних вхід і вихід, через який підключаються інші пристрої комп'ютера. Ці порти виводяться на задню, передню або бічну панель системного блоку. Найбільш відомі порти - це LPT-порт (паралельний), COM-порт (послідовний). Через ці порти підключаються принтери, миші, клавіатури і т. Д., Але з часом з'явився USB-порт (Universal Serial Bus), до якого стали підключати всі ці пристрої.

Мал. 3. Різні порти комп'ютера ( джерело )

Основною складовою материнської плати є процесор (Рис. 4). Він відповідає за обробку інформації та управління всіма модулями комп'ютера. Без нього неможлива робота сучасного ПК.

Центральний процесор (ЦП; також центральне процесорний пристрій - ЦПУ; англ. Central processing unit, CPU, дослівно - «центральне обробляє пристрій») - електронний блок або інтегральна схема (мікропроцесор), виконуюча машинні інструкції (код програм), головна частина апаратного забезпечення комп'ютера або програмованого логічного контролера.

Продуктивність процесора характеризується такими параметрами:

• ступінь інтеграції;
• внутрішня і зовнішня розрядність оброблюваних даних;
• тактова частота;
• пам'ять, до якої може адресуватися ЦП.

Ступінь інтеграції мікросхеми показує, скільки транзисторів (найпростіший елемент будь-якої мікросхеми) може поміститися на одиниці площі. Для процесора Pentium Intel ця величина складає приблизно 3 млн на 3,5 кв. см, у Pentium Pro - 5,5 млн.

Внутрішня розрядність процесора визначає, яку кількість біт він може обробляти одночасно при виконанні арифметичних операцій (в залежності від покоління процесорів - від 8 до 32 біт).

Зовнішня розрядність процесора визначає, скільки біт одночасно він може приймати або передавати в зовнішні пристрої (від 16 до 64 біт в сучасних процесорах).

Тактова частота визначає швидкодію процесора. Для процесора розрізняють внутрішню (власну) тактову частоту (з таким швидкодією виконуються внутрішні найпростіші операції) і зовнішню (визначає швидкість передачі даних по зовнішній шині).

Кількість адрес оперативного пам'яті (ОЗУ), доступне процесору, визначається розрядністю адресної шини.

Мал. 4. Центральний процесор персонального комп'ютера ( джерело )

Для відводу тепла і запобігання перегріву процесора, застосовуються пасивні радіатори або так звані кулери. Кулер - система повітряного охолодження - сукупності вентилятора і радіатора, що встановлюються на електронні компоненти комп'ютера з підвищеною тепловіддачею (центральний процесор, графічний процесор, мікросхеми чіпсета, блок живлення).

Більшість сучасних процесорів для персональних комп'ютерів засновані на тій чи іншій версії циклічного процесу послідовної обробки даних, винайденого Джоном фон Нейманом.

Ще одним важливим модулем комп'ютера є пам'ять. Вона ділиться на внутрішню і зовнішню. До внутрішньої пам'яті відноситься перш за все постійна пам'ять (або ПЗУ - постійно запам'ятовуючий пристрій, ROM - Read-only memory). Прикладом такої пам'яті є модуль BIOS. У нього впроваджена програма тестування комп'ютера і первинного завантаження ОС.

Також до внутрішньої пам'яті відноситься оперативна пам'ять. Її називають ОЗУ (оперативне запам'ятовуючий пристрій) або RAM (random access memory) (Рис. 5).

Мал. 5. Оперативна пам'ять персонального комп'ютера ( джерело )

Оперативна пам'ять (англ. Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом; комп. Жарг. «Пам'ять», «оперативка») - енергозалежна частина системи комп'ютерної пам'яті, в якій тимчасово зберігаються дані і команди, необхідні процесору для виконання ним операції (Рис. 6). Оперативна пам'ять часто розглядається як тимчасове сховище, тому що дані і програми в ній зберігаються тільки при включеному комп'ютері або до натискання кнопки скидання (reset). Перед вимиканням або натисканням кнопки скидання всі дані, піддані змінам під час роботи, знову можуть бути завантажені в пам'ять. Від обсягу оперативної пам'яті залежить кількість завдань, які одночасно може виконувати комп'ютер.

Мал. 6. Найпростіша схема взаємодії оперативної пам'яті з центральним процесором ( джерело )

Крім внутрішньої пам'яті є ще й зовнішня. Внутрішня пам'ять (крім постійної) енергозалежна. Для того щоб зберегти результат роботи за комп'ютером, використовують зовнішню пам'ять. Вона не така швидка в порівнянні з оперативної, але їх обсяги не порівняти. За аналогією із зазначеними вище властивостями внутрішньої пам'яті властивості зовнішньої пам'яті можна описати так:

• зовнішня пам'ять енергонезалежна. Інформація в ній зберігається незалежно від того, включений або вимкнений комп'ютер, вставлений носій в комп'ютер або лежить на столі;
• зовнішня пам'ять повільніше в порівнянні з оперативної; в порядку зростання швидкості читання / запису інформації, пристрої зовнішньої пам'яті розташовуються так: магнітні стрічки - магнітні диски - оптичні диски;
• обсяг інформації, що міститься у зовнішній пам'яті, більше, ніж у внутрішній; а з урахуванням можливості зміни носіїв необмежений.

Носіями зовнішньої пам'яті є різні диски: жорсткі, гнучкі, оптичні. Першими носіями були гнучкі диски (дискети). Це портативний змінний носій інформації, використовуваний для багатократного запису і зберігання даних. Являє собою поміщений в захисний пластиковий корпус диск, вкритий феромагнітним шаром (Рис. 7).

Мал. 7. Дискета в розібраному вигляді ( джерело )

При уважному розгляді дискети ми можемо помітити доріжки. Перед використанням дискета форматується. Форматування дискети полягає в розмітці чистої дискети на кругові доріжки і сектора. Щоб почати працювати з чистою дискетою, її потрібно спочатку відформатувати, розмітити. Відформатована дискета має спеціальні, невидимі для користувача під час роботи розмічальні записи. Вся дискета розбивається на кругові доріжки, а доріжки - на сектори. Стандартні тридюймові дискети форматуються на 1,44 Мбайт.

Для зчитування інформації з дискет використовується дисковод. На багатьох сучасних комп'ютерах він уже рідко входить в повну комплектацію. Дискети зазвичай мають функцію захисту від запису, за допомогою якої можна надати доступ до даних тільки в режимі читання. Дискети були масово поширені починаючи з 1970-х і до кінця 1990-х років (Рис. 8.), поступившись місцем більш ємним і зручним CD і DVD-накопичувачів.

Мал. 8. Різні види гнучких дисків, починаючи від найперших моделей і закінчуючи сучасними ( джерело )

Ще одним з пристроїв зовнішньої пам'яті є жорсткий диск. Також його іноді називають вінчестер, гвинт.

Жорсткий диск - пристрій (пристрій зберігання інформації) довільного доступу, засноване на принципі магнітного запису. Є основним накопичувачем даних в більшості сучасних комп'ютерів (Рис. 9).

Мал. 9. Жорсткий диск, вид зсередини ( джерело )

Конструкція вінчестера являє собою сукупність металевих дисків, які покриті особливою речовиною, здатним зберігати вплив магнітного поля. Сучасні жорсткі диски мають від 1 до 3 таких дисків. Ці диски надійно збалансовані і мають гладку поверхню з-за великої швидкості їх обертання. Запис на диск здійснюється спеціальними магнітними головками, зазвичай по одній з кожного боку диска. Вони реагують на зміну магнітного поля через зміну сили струму, який збуджується в голівці. Сигнал зчитується і перетворюється в цифрову форму.

Основними характеристиками жорстких дисків є:

• інтерфейс (технічний засіб взаємодії 2-х різних пристроїв);
• ємність (кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем);
• фізичний розмір (розміри кріплень і т. д.);
• час довільного доступу (середній час, за яке вінчестер виконує операцію позиціонування головки читання / запису на довільний ділянку магнітного диска);
• швидкість обертання шпинделя (кількість оборотів шпинделя в хвилину);
• надійність (визначається як середній час напрацювання на відмову);
• кількість операцій введення-виведення в секунду;
• обсяг буфера (проміжної пам'яті, призначеної для згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по інтерфейсу).

У зв'язку з тим, що жорсткі диски є перш за все стаціонарними, т. К. Дуже чутливі до будь-яких впливів ззовні (удари, падіння і т. Д.), На зміну їм прийшли зовнішні жорсткі диски, які підключаються до системного блоку через USB-порт і на яких можна переносити великі обсяги інформації. Обсяг таких дисків може бути від декількох десятків гігабайт до декількох терабайт. Обсяги носіїв зовнішньої пам'яті постійно ростуть. Крім обсягу, важливою характеристикою зовнішньої пам'яті є їх фізичні розміри. Така характеристика називається форм-фактор. Чим менше фізичні розміри носія, тим менше споживана потужність.

На сьогоднішній день все більш популярними стає такий вид носіїв інформації як USB -флеш-накопичувач, або по-простому «флешка».

USB-флеш-накопичувач - пристрій, що використовує в якості носія флеш-пам'ять і підключається до комп'ютера чи іншого пристрою, що зчитує по інтерфейсу USB.

Основне призначення USB-накопичувачів - зберігання, перенесення і обмін даними, резервне копіювання, завантаження операційних систем (LiveUSB) і ін. USB-флешки зазвичай знімні і перезаписувані.

Флешка складається з наступних частин (Рис. 10):

• USB-інтерфейс (Стандарт-А) - забезпечує фізичне з'єднання з комп'ютером;
• контролер - невеликий мікроконтролер з вбудованими ROM і RAM.
• NAND-чіп - зберігає інформацію;
• осцилятор - генерує синхронизирующий сигнал (12 МГц) і управляє висновком даних;
• на більшості флешок використовує файлову систему FAT12, FAT16, FAT32, або ExFat.

Мал. 10. Пристрій USB-флеш-накопичувача ( джерело )

Зазвичай пристрій має витягнуту форму і знімний ковпачок, що прикриває роз'єм (Рис. 11). Сучасні флешки можуть мати самі різні розміри і способи захисту роз'єму. Звичайний розмір - 3-5 см, вага - менше 60 м Об'єм пам'яті на флешках постійно зростає. Якщо не так давно граничними значеннями обсягу пам'яті для флешки вважалися 2 Гб, 4 Гб, то зараз ці значення виросли до 32 Гб, 64 Гб. Безумовно, з розвитком технологій зростає і обсяг пам'яті флеш-накопичувачів.

Мал. 11. Зовнішній вигляд USB-флеш-накопичувача ( джерело )

Сучасні комп'ютери оснащені дисками (Рис. 12) для читання компакт-дисків. Це можуть бути CD-диски та DVD-диски.

Мал. 12. Оптичний привід сучасних CD і DVD дисків ( джерело )

Оптичний привід - пристрій, що має механічну складову, керовану електронною схемою, і призначене для зчитування і (в деяких моделях) записи інформації з оптичних носіїв інформації у вигляді пластикового диска з отвором в центрі (компакт-диск, DVD і т. Д.); процес зчитування / запису інформації з диска здійснюється за допомогою лазера.

Компакт диск (CD-диск, англ. Compact Disc) - оптичний носій інформації у вигляді пластикового диска з отвором в центрі. Подальшим розвитком компакт-дисків стали DVD і Blu-ray, прообразом стала грамофонна пластинка.

Першими з'явилися CD - ROM (Compact Disc Read-Only Memory) (Рис. 13), т. Е. Пристрій тільки для читання. Незабаром це перестало відповідати дійсності, т. К. З'явилися пристрої для запису CD-ROM, на них можна було, крім читання, здійснювати запис інформації. Точно також вийшло і при появі DVD - ROM - спочатку були тільки читаються DVD-приводи, а потім з'явилися записуючі.

Мал. 13. CD-диски. ( джерело )

Зовнішніх відмінностей у цих двох видів носіїв інформації не так багато. Однак, крім усього того, що вміє робити CD-ROM, DVD-ROM здатний читати DVD-диски різних форматів. Принципи записи DVD- і CD-R-форматів багато в чому схожі. Найголовніше відмінність - це, природно, розмір записуваної інформації. Якщо на звичайний CD-диск можна записати до 800 Мб, то на один DVD-диск можна записати від 4,7 Гб.

В DVD вживається лазер з найменшою довжиною хвилі, що дозволило значно збільшити щільність запису. Крім цього, DVD передбачає можливість двошарового запису інформації, іншими словами, на поверхні компакт-диска знаходиться один шар, поверх якого наноситься черговий, напівпрозорий, і 1-й зчитується через 2-й паралельно.

Список літератури

1. Босова Л.Л. Інформатика та ІКТ: Підручник для 8 класу. - М .: БИНОМ. Лабораторія знань, 2012.

2. Босова Л.Л. Інформатика: Робочий зошит для 8 класу. - М .: БИНОМ. Лабораторія знань, 2010 року.

3. В.І. Левін, Носії інформації в цифровому столітті. - КомпьютерПресс, 2000., 256 стор.

4. Танненбаум Е. Архітектура комп'ютера. - 5-е изд. - СПб .: Пітер, 2007. - 844 с.

Додаткові рекомендовані посилання на ресурси мережі Інтернет

1. Інтернет-сайт citforum.ru ( джерело )

2. Інтернет-сайт «КомпьютерПресс» ( джерело )

3. Інтернет-сайт informatika.sch880.ru ( джерело )

Домашнє завдання

1. Глава 2, §2.1, 2.2. Босова Л.Л. Інформатика та ІКТ: Підручник для 8 класу. - М .: БИНОМ. Лабораторія знань, 2012.

2. Яка складова є центральною частиною ПК? Опишіть її основні функції.

3. Як називаються входи і виходи, за допомогою яких різні пристрої підключаються до комп'ютера?

4. Які функції виконує центральний процесор ПК?

5. Для чого комп'ютера потрібні два види пам'яті: зовнішня і внутрішня?

6. Назвіть пристрої зовнішньої пам'яті комп'ютера.

7. Які існують типи оптичних дисків?