Особливості архітектури IBM PC
Архітектура ПЕОМ - це сукупність апаратних і програмних засобів ПЕОМ, а також система взаємодії їх, що забезпечує функціонування ПЕОМ. Основна відмінність архітектури IBM PC- її відкритість і модульність. Відкритість означає можливість заміни окремих компонентів ПЕОМ їх більш досконалими версіями, а також можливість підключення нових пристроїв до ПЕОМ з метою розширення її можливостей. Всі компоненти машини оформлені у вигляді закінчених конструкцій - модулів. мають стандартні розміри і стандартні засоби з'єднання з ЕОМ, тобто передбачена можливість швидкого приєднання і від'єднання будь-якого з них до ПЕОМ.
склад ПЕОМ
Зазвичай ПК IBM PC складаються з 3х частин (блоків): - системний блок; - монітор (дисплей) для відображення текстової та графічної інформації; - клавіатура, що дозволяє вводити символи в комп'ютер.
мікропроцесор
Найголовнішим елементом в комп'ютері, його «мозком» є мікропроцесор. Він знаходиться на материнській платі всередині системного блоку. Мікропроцесор - це мікросхема, яка виробляє все арифметичні і логічні операції, здійснює управління всім процесом вирішення завдання за заданою програмою. Не випадково тип ПЕОМ визначається типом його процесора. Мікропроцесор вміє виконувати сотні різних операцій і робить це зі швидкістю сотні мільйонів операцій в секунду. Головна характеристика мікропроцесора - це швидкодія. Швидкість роботи процесора визначається тактовою частотою. Такт - це час виконання процесором елементарної внутрішньої операції. Тактова частота - це кількість тактів, які виконуються процесором в секунду, чим вище тактова частота, тим вище продуктивність (швидше працює) і ціна мікропроцесора. Тактова частота вимірюється в мегагерцах (МГц). Тактова частота позначається цифрою в назві процесора (наприклад, Pentium 4-1200, тобто процесор покоління Pentium 4 з тактовою частотою 1200 МГц або 1,2 ГГц). Мікропроцесор, як і будь-який пристрій ЕОМ працює лише з двійковими числами (0 і 1). Максимальна довжина (кількість розрядів) такого числа, яке може обробляти мікропроцесор, є його розрядність. Зазвичай розрядність дорівнює 8, 16, 32 (в старих моделях) і 64 (в нових).
Запам'ятовуючі пристрої (ЗП)
Пристрої, що запам'ятовують призначені для зберігання програм і даних і діляться на кілька видів: оперативні ЗУ (ОЗУ), кеш-пам'ять, постійні ЗУ (ПЗУ), зовнішні ЗУ (ВЗУ). Оперативна пам'ять (ОЗУ) - невід'ємна частина будь-якої ЕОМ. Це швидкодіюче пристрій порівняно невеликого обсягу, реалізоване у вигляді набору мікросхем. З неї процесор бере програми і вхідні дані для обробки, в неї він записує отримані результати. Таким чином, оперативна пам'ять служить для обробки програми в заданий момент часу. Пам'ять називається оперативною, тому що вона працює дуже швидко, так що процесору не доводиться чекати при читанні даних з пам'яті, а також під час запису в пам'ять. Але оперативна пам'ять забезпечує зберігання інформації лише протягом сеансу роботи ПЕОМ. Після виключення з мережі дані, що зберігаються в пам'яті, втрачаються безповоротно! (Часто для позначення оперативної пам'яті використовується позначення RAM - random access memory, тобто пам'ять з довільним доступом). Обсяг пам'яті в сучасній ОЗУ може досягати до 4 Гбайт. Час вибірки даних з ОЗУ вважається нормальним 70 наносекунд (нс). Кеш-пам'ять - назва «кеш» походить від англ. - cache, яке означає «тайник». Дані, що зберігаються в кеш-пам'яті недоступні для прикладного програмного забезпечення. Кеш являє собою надоперативну пам'ять невеликого обсягу, в якій зберігаються найбільш часто використовувані ділянки оперативної пам'яті. Тим самим вона прискорює виконання операцій в пам'яті ПЕОМ. Основна ідея роботи кеш-пам'яті полягає в тому, що витягнуті з ОЗУ дані або команди програми копіюються в кеш. Якщо дані будуть потрібні повторно, то не треба буде витрачати час на звернення до оперативної пам'яті - з кеш-пам'яті отримати дані значно швидше (час вибірки - 15-20 нс). Кеш-пам'ять може містити до трьох рівнів і мати обсяг до 2 Мбайт і вище. При цьому первинний кеш (найшвидша) вбудований безпосередньо всередину процесора, а вторинний встановлюється на системній платі (менш швидка, але більш об'ємна кеш-пам'ять). Постійна пам'ять (ПЗУ) - це частина пам'яті, доступна лише для читання даних і програм, «зашиті» в нього при виготовленні ПЕОМ. ПЗУ реалізовано окремої мікросхемою, в ньому зберігається частина операційної системи, програма початкового завантаження - базова система введення-виведення (BIOS). BIOS забезпечує включення ПЕОМ в роботу і тестування його пристроїв. Ці дані не можуть бути змінені, їх можна тільки зчитувати. (ROM - read only memory, пам'ять тільки для читання). Постійна пам'ять не стирається при виключенні комп'ютера. Системна шина - комплекс дротових каналів зв'язку, що з'єднують різні компоненти системної плати (конструктивно вона виконана заодно з платою). У різних системних платах використовуються шини різних типів: ISA (застаріла), VESA, PCI і одна з новітніх шин LPG. Шина - це системна магістраль передачі даних від пристрою до пристрою. Чим вище частота шини - тим більше даних надходить за одиницю часу до процесора. Всі пристрої взаємодіють з процесором і оперативною пам'яттю, використовуючи шину. Порти - роз'єми, за допомогою яких до системного блоку підключаються периферійні пристрої. Порти загального призначення бувають двох видів: паралельні (LPT1 - LPT4) - зазвичай 25 контактів, і послідовні (COM1 - COM3) - зазвичай 9 контактів, але можливо і 25. Паралельні порти виконують введення і виведення даних з більшою швидкістю, ніж послідовні, але вимагають і більшого числа приводів. Наприклад, до паралельного підключається принтер, до послідовного - миша. Порти забезпечують бездротове взаємодія пристроїв називаються інфрачервоними. Найбільш популярний вид портів - USB. Він дозволяє підключати до 256 пристроїв. Зовнішня пам'ять (ВЗУ) - це місце тривалого зберігання даних, що не використовуються в даний момент в оперативній пам'яті комп'ютера. ВЗП на відміну від ОЗУ, не є енергозалежною, тобто інформація зберігається незалежно від того, працює комп'ютер чи ні. Для роботи з зовнішньою пам'яттю необхідна наявність накопичувача (пристрою, що забезпечує запис, зчитування інформації) та пристрої зберігання - носія. Основні види накопичувачів: - накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД) (застарілі); - накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД); - накопичувачі CD-ROM, DVD. Їм відповідають основні види носіїв: - гнучкі магнітні диски (Floppy Disk) (застарілі); - жорсткі магнітні диски (Hard Disk); - диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Гнучкі магнітні диски (дискети) - використовувалися в якості зовнішньої пам'яті і призначалися для обміну інформацією між ЕОМ, для збереження даних поза ЕОМ. Мали розмір 3,5 "(дюйма) (1дюйм = 2,54 см, тобто розмір дискети 89 мм), ємність 1,44 Мб. Призначення: обмін інформацією між ЕОМ, збереження даних поза ЕОМ. Недоліки: низька надійність, малий термін служби, найнижча швидкість доступу до даних, чутливість до магнітних полів. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НМД або вінчестери) представляють собою ВЗУ, в яких носієм інформації є жорсткі незмінні магнітні диски, об'єднані в пакет.Призначення: довгострокове (постійне) зберігання інформації, використовуваної при роботі з ПЕОМ - операційних систем, оболонок, інструментальних програм і т. Д. Вінчестер встановлюється в корпус системного блоку і зовні являє собою герметичну коробку, всередині якої розташовані диски, магнітні головки читання-запису , механізми обертання дисків і переміщення головок. При відмові жорсткого диска дані, що зберігаються в ньому, втрачаються безповоротно. Ємність НМД - основна його характеристика. Сучасні моделі ПЕОМ мають НМД ємністю до 500 Гбайт і вище. Швидкість читання даних - 10-15 Мбайт / с. Флеш-карта (flash - пам'ять) - пристрій, як і НЖМД, для довготривалого зберігання даних з можливістю багаторазового перезапису. Реалізовано на мікросхемах пам'яті (тобто так само, як ОЗУ).
Переваги: стійкість до ударів, мала потужність, надійність в роботі, малогабаритність, відсутність механічних і рухомих частин. Обсяг пам'яті: до 16 Гбайт і більше. Накопичувачі на жорстких змінних магнітних дисках - призначення: резервування інформації і транспортування. Переваги: велика ємність диска. Дисководи для роботи з лазерним диском - ці системи служать для читання інформації з компакт-дисків різного виду. При експлуатації лазерний диск не псується так, як дискета, тому забезпечується висока надійність зберігання інформації на диску і великий термін служби диска. Ємність 650-700 Мбайт. З метою збереження інформації на CD-ROM дисках їх необхідно оберігати від забруднення. Види компакт-дисків:
- CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory) - пам'ять призначена тільки для читання на компакт-диску. Запис на компакт диск виконується тільки в виробничих умовах і можлива тільки 1 раз, зчитувати інформацію можна необмежену кількість разів. Обсяг пам'яті зазвичай 680 Мбайт. Швидкість зчитування до 7500 Кб / с.
- CD-R диски - запис на нього можлива тільки 1 раз, проводиться користувачем за допомогою записуючого дисковода.
- CD-RW диски - забезпечують можливість багаторазового перезапису інформації на диск (до 1000 циклів) користувачем за допомогою спеціального записуючого дисковода. Швидкість зчитування даних значно нижче, ніж у звичайних CD і CD-R.
- DVD диски - це так звані цифрові диски. Основна відмінність від інших дисків - більш висока щільність запису інформації. Вважається, що щільність DVD дисків приблизно 4,7 Гбайт, але може досягати 17 Гбайт. Крім того, використовуються дві сторони диска, і на кожній стороні інформація може зберігатися в двох шарах, таким чином, один диск може мати чотири робочих області. Розрізняють диски: DVD-R - тільки для читання і DVD-RW - для читання і запису.
Периферійні пристрої
Принтери: - Матричні принтери. Матричний принтер має друкувальну голівку з тонкими голочками (зазвичай 9 або 24). Папір втягується за допомогою вала, а між папером і голівкою принтера розташовується барвна стрічка. Головка переміщається зліва направо по аркушу паперу. Голочки висуваються вперед електромагнітами, вдаряють по фарбувальної стрічці і залишають сліди на папері. Можна, використовуючи копірку, отримувати кілька примірників документа за один раз.
Недоліки: середня якість друку (особливо погано з картинками), один колір, високий рівень шуму при роботі, досить низька швидкість роботи.
Переваги: дешеві як самі принтери, так і витратні матеріали до них (папір, барвна стрічка, копірка). Матричні принтери можуть працювати з будь-яким типом паперу. В даний час матричні принтери можуть застосовуватися в касових апаратах і т. П. - Струменеві принтери. У струменевих принтерах зображення формується мікроскопічними краплями спеціального чорнила, що вилітають на папір через маленькі отвори-сопла. Кольорове зображення формується за рахунок накладення друг на друга чотирьох основних кольорів (блакитний, пурпурний, жовтий, чорний). Якість друку залежить від кількості сопел в друкуючій голівці - чим їх більше, тим вище якість. Велике значення має якість і товщина паперу. Для струменевих принтерів випускається спеціальний папір, але можна друкувати і на звичайній щільному папері. У деяких принтерах для швидкого висихання чорнила використовують підігрів паперу. Дозвіл струменевих принтерів при друку графіки становить від 300 x 300 до 720 x 720 dpi (dots per inch - точок на дюйм).
Переваги: У порівнянні з матричними принтерами цей спосіб друку забезпечує кращу якість друку і більш високу продуктивність. Зручний для реалізації кольорового друку. Рівень шуму значно нижче, ніж голчастих принтерів, тому що його джерелом є тільки двигун, керуючий переміщенням друкуючої головки. Самі принтери досить недорогі.
Недоліки: вимогливість до паперу, велика вартість витратних матеріалів, можливість засихання чорнила усередині сопла, що призводить до необхідності заміни друкуючої головки. Можливість розмивання зображення при попаданні вологи на документ, надрукований на струменевому принтері. - Лазерні принтери. В даний час забезпечують найкращу якість друку. У лазерних принтерах використовується лазерний промінь, керований комп'ютером. У принтері є валик, покритий напівпровідникових речовиною, яке електризується від попадання лазерного світла. Луч за допомогою поворотного дзеркала направляється в те місце валика, де має бути зображення. Це місце електризується і до нього «прилипають» найдрібніші частинки сухої фарби, яка знаходиться в контейнері під валиком. Після цього валик прокочується по аркушу паперу, і фарба переходить на папір. Для закріплення на папері фарбувального порошку її пропускають через нагрівальний елемент - ролик, що призводить до спікання фарби. До основних характеристик лазерних принтерів відносяться: роздільна здатність, dpi (dots per inch - точок на дюйм); продуктивність (сторінок на хвилину); формат паперу; обсяг власної оперативної пам'яті. Вартість кольорового лазерного принтера значно вище, ніж чорно-білого. Лазерні принтери зі середніми можливостями друкують 4-8 сторінок в хвилину, високопродуктивні можуть друкувати до 20 і більше сторінок в хвилину. Друк складних графічних зображень займає більше часу. Дозвіл по вертикалі відповідає кроку барабана і становить від 1/300 до 1/600 дюйма. Дозвіл по горизонталі визначається точністю наведення лазерного променя і кількістю точок в рядку і становить 1/300 до 1/1200 дюйма. Мінімальний обсяг пам'яті лазерного принтера не менше 1 Мбайт. Кольорові принтери вимагають більшого обсягу пам'яті.
Пристрої, що виконують одночасно функції введення і виведення