Архітектура сучасних персональних компютерів Підготувала викладач Дубенського професійного ліцею Ясюк Оксана Миколаївна

План Архітектура ЕОМ.Архітектура ЕОМ. Копус системного блоку.Копус системного блоку. Материнська плата. –розєми та шини материнської плати;розєми та шини материнської плати –Chipset;Chipset –BIOS.BIOS Процесор. –Параметри процесорів;Параметри процесорів –Співпроцесор;Співпроцесор –Технологія виготовлення.Технологія виготовлення Оперативна памятьОперативна память Вінчестер –основні поняття;основні поняття –будова вінчестера;будова вінчестера –основні параметри;основні параметри Відеоадаптер. –роздільна здатність відеоадаптера;роздільна здатність відеоадаптера –будова відеоадаптера;будова відеоадаптера –графічні прискорювачі;графічні прискорювачі –вибір відеоадаптера;вибір відеоадаптера Методичні матеріали до теми Додаткові відеоматеріали. Вінчестер Вінчестер Складання ПК Конспекти практичних робіт Перевірка знань учня Тести з тем

Архітектура ЕОМ Архітектура ЕОМ - це опис сукупності пристроїв та блоків ЕОМ і зв'язків між ними. Поняття архітектури тісно пов'язане з принципами роботи ЕОМ. Згідно з ідеями фон Неймана обчислювальна машина має складатися з таких основних компонентів: - оперативна пам'ять. Цей пристрій раніше називали пам'яттю, його також називають оперативним запам'ятовуючим пристроєм чи скорочено ОЗП. Оперативна пам'ять складається з пронумерованих комірок, у кожну з яких може бути записане одне двійкове число. - арифметико-логічний пристрій. Цей пристрій може виконувати певний набір команд, що відповідають арифметичним та логічним операціям. Результат виконаної команди зберігається в АЛП до надходження наступної команди. - пристрій управління. Цей пристрій забезпечує читання та запис інформації до комірок пам'яті. Він також формує сигнали для керування роботою АЛП та зовнішніх пристроїв. - зовнішні пристрої. Роль таких пристроїв виконують, насамперед, пристрої введення та виведення інформації. В сучасних ЕОМ такими пристроями є клавіатура, монітор, принтер та ін. Оперативна память Арифметико-логічнийпристрій Пристрій управління Зовнішні пристрої В ході еволюції обчислювальних машин АЛП та ПУ були об'єднані в одну схему мікропроцесора і архітектура комп'ютерів значно ускладнилася. Однак основні принципи конструювання ЕОМ, які були зазначені фон Нейманом, залишаються у силі. План

Базова конфігурація ПК системний блок монітор клавіатура миша План

Корпус системного блоку За зовнішнім виглядом, системні блоки відрізняються формою корпуса. Корпус системного блоку повинен бути досить великим, щоб у ньому поміщалися всі компоненти комп'ютера і ще залишалося місце для додаткового устаткування. Дуже важливо, щоб він був стандартним тоді усе, що ви в майбутньому захочете в нього вставити, легко підійде по розміру. Основний параметр, що визначає стандартність корпуса, називається формфактором. Сьогодні усе ще існують два стандарти на розміщення компонентів комп'ютера в корпусі: AT і АТХ. Хоча сучасний формфактор АТХ вже майже витиснув застарілий формфактор AT. Задня стінка корпуса AT корпуса АТХ По зовнішньому вигляду розрізняють два види корпусів:десктоп і тауер. Перший тип призначений для установки на столі в горизонтальному положенні (для економії місця на нього звичайно ставлять монітор), другий у вертикальному. Корпуси в горизонтальному виконанні звичайно мають стандартну висоту, хоча серед них іноді зустрічаються особливо плоскі (так звані слім). Корпуси у вертикальному виконанні можуть мати різну висоту (мінітауер, мідітауер, тауер). Звичайно чим корпус більший, тим він дорожчий, та й до того ж займає більше місця, але це компенсується зручністю доступу до внутрішніх компонентів. План

Материнська плата Материнська плата являється своєріднимфундаментом компютера, адже вона є сполучною ланкою між всіма компонентами комп'ютера, практично всі пристрої компютера підключаються саме до материнської плати. Ну і звичайно, що від можливостей материнської плати багато в чому залежать можливості комп'ютера. На ній розташовані: - процесор - основна мікросхема, що виконує математичні та логічні операції; - роз'єми для під'єднання додаткових пристроїв (слоти); - чіпсет (мікропроцесорний комплект) - набір мікросхем, що керують роботою внутрішніх пристроїв ПК і визначають основні функціональні можливості материнської плати; - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) - мікросхема, призначена для довготривалого зберігання даних, навіть при вимкненому комп'ютері; - оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) - набір мікросхем, що призначені для тимчасового зберігання даних, поки включений комп'ютер; - шини - набір провідників, по яких відбувається обмін сигналами між внутрішніми пристроями комп'ютера; План

Розєми та шиниматеринської плати Розєми та шини материнської плати На материнській платі знаходяться різні розєми. Ці розєми призначені для установки так званих плат розширення. Це плати, що є контролерами, різних необхідних нам пристроїв, які не інтегровані в материнську плату. Шина - це магістраль, що зв'язує деякі компоненти комп'ютера між собою. І характеризується шина швидкістю, з якою по ній можуть передаватися дані, а також кількістю провідників, по яких можуть одночасно передаватися дані. Для найперших процесорів існували моделі материнських плат з шинами ISA, EISA, VL та ін., а для сучасних процесорів найкращим варіантом є високопродуктивна шина PCI. Пропускна спроможність шини PCI (133 Мбайт/с) достатня для більшості сьогоднішніх пристроїв. Для шини PCI випускаються сьогодні практично всі плати розширення: аудіоплати, мережеві плати, модеми, TV-приймачі і т.д. Сучасна материнська плата має 4-6 роз'ємів шини PCI. Крім того, на сучасній материнській платі зазвичай присутній один роз'єм AGP. Роз'єм AGP використовується тільки відеоплатою, тому він тільки один на материнській платі, і реалізувати більш ніж один, використовуючи звичайний чіпсет, не можна Також є внутрішня шина LPC, для з'єднання повільних пристроїв, таких як: клавіатура, миша, послідовні і паралельні порти - розєми шини РСІ - розєми шини РСІ-Х План

Chipset Chipset являє собою набір мікросхем на базі яких будується материнська плата. Чіпсет - найбільші (після процесора) мікросхеми в комп'ютері, і найбільші з припаяних до материнської плати. Чіпсет забезпечує зв'язок між основними вузлами, розташованими на материнській платі, насамперед між процесором і пам'яттю. Тому від чіпсета так само залежить продуктивність комп'ютера в цілому, оскільки, наприклад, чіпсет повільно працює з пам'яттю, то і система працює повільніше, ніж система з тим же процесором і пам'яттю, але іншим чіпсетом, який швидше працює з пам'яттю. Зазвичай чіпсет складається з декількох мікросхем, частіше всього з двох. Ці мікросхеми прийнято називати мостами (bridge). Одна мікросхема забезпечує зв'язок компонентів системної плати, її зазвичай називають Північним мостом (North bridge), інша мікросхема називається Південним мостом (South bridge), вона відповідальна насамперед за інтегровані в чіпсет контролери. Від чіпсета, на базі якого побудована материнська плата, залежать всі можливості, які плата надає. Зокрема тип використовуваного процесора, тип і кількість оперативної пам'яті залежать насамперед від чіпсета. Отже, ясно, що чіпсет є як би серцем материнської плати, і, безумовно, найважливішим її компонентом. План

BIOS Також важливим компонентом материнської плати є мікросхема BIOS (Basic Input Output-System, базова система введення-виводу). Ця мікросхема є постійною пам'яттю. У цій мікросхемі записана програма, яка забезпечує початковий запуск комп'ютера. Ця програма і називається BIOS. По імені цієї програми і саму мікросхему також інколи називають BIOS. У момент запуску комп'ютера, спершу починає виконуватися вміст мікросхеми постійної пам'яті, власне програма BIOS. Ця програма забезпечує процедуру старту машини, перевірки, ініціалізації і налаштування всіх її вузлів, а потім передає управління операційній системі. Природно, якщо мікросхема пошкоджена, або програма BIOS стерта, або мікросхема відсутня на платі, то комп'ютер в принципі не може запуститися. Але якщо обережно витягнути мікросхему з працюючого комп'ютера, то він продовжуватиме працювати. Значення всіх необхідних параметрів у BIOS зберігаються в спеціально відведеній для цього пам'яті, яка називається CMOS. Мікросхема пам'яті CMOS має ємкість 2-4 кб і розташовується на материнській платі. Ця пам'ять не є незалежною і живиться (спільно з годинником) від розташованої на платі батареї. План

Процесор Процесор - головна мікросхема комп'ютера, його "мозок". Він дозволяє виконувати програмний код, що знаходиться у пам'яті і керує роботою всіх пристроїв комп'ютера. Швидкість його роботи визначає швидкодію комп'ютера. Конструктивно, процесор - це кристал кремнію дуже маленьких розмірів. Процесор має спеціальні комірки, які називаються регістрами. Саме в цих регістрах містяться команди, які виконуються процесором, а також дані, якими оперують ці команди. Робота процесора полягає у вибиранні з пам'яті у певній послідовності команд та даних і виконання їх. На цьому і базується виконання програм. План

Параметри процесорів Основними параметрами процесорів є: - тактова частота; - розрядність шини; - робоча напруга; - коефіцієнт внутрішнього домноження тактової частоти; - розмір кеш-пам'яті. Сучасні процесори обробляють дані конвеєрним способом, тобто одночасно в процесорі на різних стадіях відбувається виконання декількох команд - одна команда практично близька до виконання, інша - в середині процесу виконання, третя тільки входить на конвеєр для виконання і так далі. Таким чином вдається значно підвищити продуктивність, оскільки всі частки процесора одночасно задіяні, і кожна частка процесора виконує свій маленький об'єм роботи. Є два основні виробники процесорів: - Intel (Pentium, Celeron, Core 2 Duo, Xeon, Itanium та ін.); -AMD (Duron, Sempron, Athlon, Opteron та ін.). План

Співпроцесор Зараз ПК оснащений додатковими співпроцесорами, орієнтованими на ефективне виконання специфічних функцій, такими як, математичний співпроцесор для обробки числових даних у форматі з плаваючою точкою, графічний співпроцесор для обробки графічних зображень, співпроцесор введення/виведення для виконання операції взаємодії з периферійними пристроями. Сучасний процесор підтримує два основні набори команд: х86 (для здійснення операцій над цілими числами) і х87 (здійснює інший набір математичних функцій). І виробники процесорів не можуть відмовитися від цих наборів команд, оскільки програмне забезпечення, яке було написане для ПК, не буде працювати на такому процесорі. Підтримка цих двох наборів команд - запорука програмної сумісності. Однак виробники можуть створювати і додавати в процесор нові набори команд. Але, якщо в програмі немає жодної нової команди, то значно більшої користі з цього процесора не буде. Для того, щоб процесор з новими командами повністю працював, необхідно, щоб розробники програмного забезпечення почали писати програми з урахуванням нового набору команд. План

Технологія виготовлення процесорів Під технологією виготовлення розуміють розмір елементів в кристалі процесора. Коли про процесор говорять, що він виготовлений за допомогою певного технологічного процесу, наприклад 0,25 мкм, то мають на увазі, що розмір одного окремо взятого транзистора в кристалі процесора рівний 0,25 мкм. Переваг у використанні дрібнішого технологічного процесу є дуже багато. Чим дрібніша технологія, тим менше місця займає ядро процесора і тим більше самих кристалів може виготовити виробник з однієї кремнієвої пластини. Тобто, процесор, виготовлений за дрібнішою технологією, має нижчу собівартість. Процесор, зроблений за дрібнішою технологією, може працювати на вищих частотах. А чим менша напруга живлення процесора, тим менше потужності він споживає і відповідно менше тепла виділяє. Чим дрібніші елементи процесора, тим меншої напруги живлення вимагає кристал. Відповідно, чим менше живлення, тим менше процесор споживає електричної енергії і тим менше гріється. А це у свою чергу ще один чинник, що дозволяє збільшувати частоту процесора. План

Оперативна пам'ять Оперативна пам'ять являється робочою областю для процесора, в ній розміщуються програми під час їх виконання процесором, і дані які обробляють ці програми. Оперативна пам'ять є енергозалежним пристроєм, тобто дані в ній зберігаються тільки при включеному живленні комп'ютера. Коли комп'ютер вимикається, весь її вміст стирається. Таким чином, дані і програми зчитуються з жорсткого диска і розміщуються в оперативній пам'яті, а подальша робота процесора з цими програмами і даними відбувається в оперативній пам'яті. Від швидкодії оперативної пам'яті залежить, наскільки швидко процесор забезпечується даними для обробки і продуктивність комп'ютера в цілому. У сучасний комп'ютер оперативна пам'ять встановлюється за допомогою спеціальних модулів у відповідні роз'єми на материнській платі. План

Архітектура оперативної пам'яті Основними чинниками продуктивності оперативної памяті є: Основні типи оперативної памяті, які використовувалися і використовується у ПК: - PM DRAM - EDO - SDR SDRAM - DDR SDRAM - RD RAM - DDR2 SDRAM Зараз найбільше поширення мають ОЗП DDR та DDR2. - час доступу, тобто тимчасова затримка між запитом на видачу якої-небудь інформації з пам'яті і її реальною видачею. - пропускна спроможність, тобто кількість мегабайт в секунду, яку здатна рахувати (записати) оперативна пам'ять. Пропускна спроможність оперативної пам'яті безпосередньо залежить від частоти роботи чіпів пам'яті і від ширини шини, що зв'язує пам'ять і процесор; План

Вінчестер Жорсткий диск (Hard Disk Drive, HDD) постійний запам'ятовуючий пристрій ЕОМ. Постійний, тому що на відміну від оперативної пам'яті, продовжує зберігати дані після вимикання струму. Вінчестер являє собою кілька твердих алюмінієвих або скляних круглих пластин, які закріплені на одному стержні й поміщені в герметичний корпус. Поверхня диска покривається тонким шаром речовини, яка здатна зберігати намагнічення після дії на нього зовнішнього магнітного поля. Цей шар називають робочим чи магнітним, і саме на ньому зберігаються записані дані. Вінчестери призначено для постійного зберігання інформації: програм ОС, пакетів програм, що часто використовується, редакторів документів, трансляторів з мов програмування та ін., що значно збільшує зручність роботи з компютером. План

Будова вінчестера Накопичувач складається з таких елементів: - диска або дисків; - корпуса - шпинделя; - головки або декілька головок; - інтерфейсного розєму; - приводу головок; - кабеля підключення до плати. - розєма живлення; корпус диски головки привод головок шпиндель інтерфейсний розєм розєм живлення кабеля підключення до плати План

Будова вінчестера В накопичувачі може бути приблизно до десяти дисків. Їхня поверхня умовно розбиваються на концентричні круги, які називають доріжками (track). Кожній доріжці присвоюється окремий номер. Доріжки з однаковими номерами розміщуються одна під одною і обєднуються в циліндр Головки запису/зчитування змонтовані на загальній панелі. Тому вони рухаються одночасно, внаслідок чого операції зчитування і запису відбувається по всьому циліндрі. Доріжки на диску розбиваються на сегменти, які називаються секторами. Кількість секторів на доріжці є постійною для конкретного накопичувача, але є різною для різних моделей. доріжка головки циліндр сектор План

Основні параметри жорстких дисків Всі накопичувачі, так або інакше, відповідають стандартам, які визначаються або незалежними комітетами і групами стандартизації, або самими виробниками. Серед безлічі технічних характеристик що відрізняють одну модель від іншої можна виділити деякі, найбільш важливі з погляду користувачів і виробників, які, так або інакше, використовуються при порівнянні накопичувачів різних виробників і виборі пристрою. Основні фізичні і логічні параметри жорстких дисків: - діаметр дисків (disk diameter) - кількість поверхонь (sides number) - кількість циліндрів (cylinders number) - кількість секторів (sectors count) - кількість секторів на доріжці (sectors per track) - частота обертання шпинделя (rotational speed або spindle speed) - час переходу від однієї доріжки до іншої (track-to-track seek time) - час заспокоєння головок (head latency time) - час очікування (latency) - час доступу (access time) - швидкість передачі даних (data transfer rate) - середня споживана потужність (capacity). План

Відеоадаптор Завдання відеоадаптера - сформувати сигнал, що відображає на моніторі певну область пам'яті, у якій зберігаються дані про зображення, а також видати сигнали синхронізації - горизонтальну (рядкову) і вертикальну (кадрову) розгортку. Більшість відеоадаптерів підтримують принаймні один із наступних стандартів: - MDA (Monochrom Display Adapter); - CGA (Color Graphics Adapter); - EGA (Enchanced Graphics Adapter); - VGA (Video Graphics Array); - SVGA (Super VGA); - XGA (eXtended Graphics Array). На ці стандарти розраховані всі програми, які призначені для ІВМ-сумісних компютерів. План

Параметри відеоадапторів Роздільна здатність прямо пов'язана з кількістю виведених на екран окремих точок зображення - пікселів. Звичайно говорять про кількість пікселів по горизонталі й вертикалі. Роздільна здатність у режимі VGA - 640x480 точок. Сьогодні застосовуються режими SVGA - 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200 точок і більше. Кількість одночасно відтворених кольорів називають глибиною кольору або кольоровою здатністю. При восьми бітах число доступних кольорів дорівнює 256 (два у восьмому степені), 16 біт дають кольорів - цей режим називається High Color, а режим True Color ( кольорів) досягається при використанні 24 бітів для кодування кольорів пікселя. Сучасні відеоадаптери мають і більш високу розрядність, наприклад 48 біт на одну точку, хоча при цьому кількість видимих кольорів не збільшується. План

Будова відеоадапторів Сучасна відеокарта складається з таких частин: Графічний процесор - займається розрахунками зображення, що виводиться на екран, звільняючи від цього обов'язку центральний процесор, проводить розрахунки для обробки команд тривимірної графіки. Відеоконтролер - відповідає за формування зображення у відеопам'яті, дає команди RAMDAC на формування сигналів розгортки для монітора і здійснює обробку запитів центрального процесора. Відеопам'ять - виконує роль кадрового буфера, в якому зберігається зображення, що генерується, і що виводиться на екран монітора (або декількох моніторів). Цифро-аналоговий перетворювач - служить для перетворення зображення, що формується відеоконтролером, в рівні інтенсивності кольори, що подаються на аналоговий монітор. Відео-ПЗП (Video ROM) - постійний запамятовуючий пристрій, в який записані відео-BIOS, екранні шрифти, службові таблиці і тому подібне. ПЗП не використовується відеоконтролером безпосередньо - до нього звертається тільки центральний процесор. Система охолоджування - призначена для збереження температурного режиму відеопроцесора і відеопам'яті в допустимих межах. План

Графічні прискорювачі Сьогодні відомі два основні стандарти 3D-прискорювачів відеокарт, які ще називають бібліотеками: - OpenGL; - Direct3D. 3D-прискорювач займається побудовою зображення з величезної кількості невеликих трикутників, визначає, як вони взаємодіють один з одним, як вони затінюють один одного, потім зафарбовує їх або заливає заздалегідь заготовленими текстурами. Бібліотека OpenGL народилася не на платформі IBM PC, а на платформі спеціальних потужних графічних станцій. До нас же вона прийшла завдяки успіху гри Quake, у якій програмісти використали спрощений варіант цієї бібліотеки. Всі сучасні відеокарти мають підтримку функцій відеоприскорення в стандарті бібліотеки OpenGL. Бібліотека Direct3D входить до складу великого пакета бібліотек Direct, що випускають і розповсюджуваних безкоштовно компанією Microsoft у якості мультимедійної надбудови над операційною системою Windows. План

Виробники відеоадапторів В наш час існує багато розробників відеоадаптерів, але найвідомішими і найпопулярнішими являються такі компанії: - АТІ, яка є власністю AMD; - nVidia. І вже на основі чіпів цих фірм розробляються відеокарти іншими фірмами, зокрема в Тайвані існує декілька компаній, які розробляють відео карти, використовуючи чіпи nVidia. Що ж до самих АТІ та nVidia, яка з них краща визначити важко. Проте, як стверджують деякі фахівці, відеокарти Radeon компанії АТІ краще підходять для геймерів, з чим, звичайно ж, не погоджуються розробники GeForse від nVidia. План

Висновок Основними елементами сучасного персонального компютера є: - системний блок; - монітор; - клавіатура; - маніпулятор миша; В системному блоці розміщені найголовніші пристрої компютера, а саме: - процесор; - жорсткий диск; - материнська плата; - відеокарта; - оперативна память; План

Використані джерела С.В.Глушаков, А.С. Сурядний – Персональнийкомпютер, 2006 Ю.С.Ковтанюк, С.В. Соловьян – Самоучитель роботы на ПК, 2001 Я.М. Глинський – Інформатика, 2005

План