Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автома-тизированной обработки информации называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычисли-тельной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер.
Архитектура компьютера
Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции вво-да информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают специальные блоки компьютера:
• устройство ввода,
• центральный процессор,
• запоминающее устройство,
• устройство вывода.
Все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств. В частности, в цен-тральный процессор могут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ), внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, как правило, тоже не является одной конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации разнообразны, источников ввода данных может быть несколько. Это касается и устройств вывода.
Схематично общая структура компьютера изображена на рис.1.

Рис. 1. Общая структура компьютера
Запоминающее устройство - это блок ЭВМ, предназначенный для времен-ного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хране-ния программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных результатов. Информация в оперативной памяти сохраняется временно лишь при включенном питании, но оперативная память имеет большее быстродей-ствие. В постоянной памяти данные могут сохраняться даже при отключен-ном компьютере, но скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значитель-но меньше.
Арифметико-логическое устройство - это блок ЭВМ, в котором происхо-дит преобразование данных по командам программы: арифметические дейст-вия над числами, преобразование кодов и др.
Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера. В определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти ко-манду за командой. Каждая команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанной текущей ко-мандой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено питание компьютера.
Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана - американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принци-пы:
1. Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последова-тельность действий компьютера. Эффективность программного управ-ления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
2. Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому прин-ципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и об-рабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнени-ем загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выпол-нения.
3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произ-вольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по лю-бому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
На основании этих принципов можно утверждать, что современный компью-тер - техническое устройство, которое после ввода в память начальных дан-ных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения зада-чи в форме, пригодной для восприятия человеком.
Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьюте-рах, в частности персональных, все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности компьютеров. Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродейст-вие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным пока-зателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера - показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро решать конкретные поставленные задачи.
Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процес-соров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не ме-нее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увели-чивать беспредельно (существуют современные технологические ограниче-ния и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разра-ботчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенст-вованием архитектуры ЭВМ.
Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это означает, что произво-дительность такого компьютера равняется сумме производительностей про-цессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженер-ных расчетов и систем автоматизированного проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие ма-шины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процес-соров достигает нескольких десятков.
Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродей-ствия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чте-ния-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.
Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная па-мять состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной па-мяти.
Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров пре-дусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферий-ными устройствами специализированным процессорам, разгружающим цен-тральный процессор и повышающим его производительность.

Методы классификации компьютеров
Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому клас-сифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая клас-сификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компь-ютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьюте-ров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям за-казчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компьюте-ров.
Классификация по назначению
• большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ);
• миниЭВМ;
• микроЭВМ;
• персональные компьютеры.
Большие ЭВМ (Main Frame)
Применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Они характеризуются 64-разрядными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральным быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США). Наиболее известными моделями суперЭВМ яв-ляются: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000.
На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько отделов или групп (структура которого изображена на рис. 2). Штат обслуживания - десятки людей.
группа техниче-ского обслужи-вания центральний про-цессор группа подготов-ки данных
группа систем-ных программи-стов отдел выдачи ре-зультатов группа приклад-ных программи-стов
группа информа-ционной под-держки
Рис.2. Структура вычислительного центра на базе большой ЭВМ
Центральный процессор - основной блок ЭВМ, в котором происходит об-работка данных и вычисление результатов. Представляет собой несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.
Группа системного программирования - занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функциониро-вания вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаи-модействие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный ин-терфейс вычислительной системы.
Группа прикладного программирования - занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение поль-зовательского интерфейса вычислительной системы.
Группа подготовки данных - занимается подготовкой данных, которые бу-дут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными про-граммистами. В частности, это набор текста, сканирование изображений, за-полнение баз данных.
Группа технического обеспечения - занимается техническим обслуживани-ем всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсое-динением новых устройств.
Группа информационного обеспечения - обеспечивает технической ин-формацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).
Отдел выдачи данных - получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).
Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.
МиниЭВМ
Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления производственными процессами. Характеризуются мультипро-цессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми за-поминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, раз-ветвленной периферией. Для организации работы с миниЭВМ, нужен вычис-лительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ.
МикроЭВМ
Доступны многим учреждениям. Для обслуживания достаточно вычисли-тельной лаборатории в составе нескольких человек, с наличием прикладных программистов. Необходимые системные программы покупаются вместе с микроЭВМ, разработку прикладных программ заказывают в больших вычис-лительных центрах или специализированных организациях.
Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приоб-ретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его на-стройку и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программно-го и системного обеспечения.
Персональные компьютеры
Бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появле-нием Интернета популярность ПК значительно возросла, поскольку с помо-щью персонального компьютера можно пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией. Персональные компьютеры услов-но можно поделить на профессиональные и бытовые, но в связи с удешевле-нием аппаратного обеспечения, грань между ними размывается. С 1999 года введен международный сертификационный стандарт - спецификация РС99:
• массовый персональный компьютер (Consumer PC)
• деловой персональный компьютер (Office PC)
• портативный персональный компьютер (Mobile PC)
• рабочая станция (WorkStation)
• развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC)
Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК. Деловые ПК - имеют минимум средств воспроизведения гра-фики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции - увеличенные требования к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК - основной акцент на средствах воспроизведения графики и звука.

Классификация по уровню специализации
• универсальные;
• специализированные.
На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой, текстом, музыкой, видео и т.п.. Специализированные ПК созда-ны для решения конкретных задач, в частности, бортовые компьютеры в са-молетах и автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с гра-фикой (кино- видеофильмы, реклама) называются графическими станциями. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие пе-редачу информации через Интернет, называются сетевыми серверами.
Классификация по размеру
• настольные (desktop);
• портативные (notebook);
• карманные (palmtop).
Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию. Портативные удобны для пользования, имеют средства компьютерной связи. Карманные модели можно назвать "интеллек-туальными" записными книжками, разрешают хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ.
Классификация по совместимости
Существует великое множество типов компьютеров, которые собираются из деталей, изготовленных разными производителями. Важным является со-вместимость обеспечения компьютера:
• аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh)
• совместимость на уровне операционной системы;
• программная совместимость;
• совместимость на уровне данных.
Лекция 4 "Персональный компьютер: системная плата"
Компьютер - это универсальная техническая система, способная четко вы-полнять последовательность операций определенной программы. Персональ-ным компьютером (ПК) может пользоваться один человек без помощи об-служивающего персонала. Взаимодействие с пользователем происходит че-рез много сред, от алфавитно-цифрового или графического диалога с помо-щью дисплея, клавиатуры и мышки до устройств виртуальной реальности.
Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной:
• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• мышка.
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте (laptop или notebook выполнение). В этом случае, системный блок, монитор и клавиатура разме-щены в одном корпусе: системный блок находится под клавиатурой, а мони-тор встроен в крышку.
Системный блок - основная составляющая ПК, в середине которой находят-ся важнейшие компоненты. Устройства, находящиеся в середине системного блока называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для вво-да и вывода информации называются также периферийными.
По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполне-ние. Корпусы вертикального выполнения могут иметь разные размеры: пол-норазмерный (BigTower), среднеразмерный (MidiTower), малоразмерный (MiniTower). Корпусы горизонтального выполнения бывают двух форматов: узкий (Full-AT) и очень узкий (Baby-AT). Корпусы персональных компьюте-ров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).
Корпусы поставляются вместе с блоком питания, мощность которого являет-ся одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной являет-ся мощность 200-250 Вт.
Основные узлы системного блока:
• электрические платы, руководящие работой компьютера (микропро-цессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
• накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
• накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).
Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard). На ней расположенны:
• процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
• чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;
• шины - набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предна-значенная для долговременного хранения данных, даже при отключен-ном компьютере;
• разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).
Процессор
Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера. Конструктивно, процессор - это кристалл кремния очень ма-леньких размеров. Процессор имеет специальные ячейки, которые называют-ся регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выпол-няются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение про-грамм.
В ПК обязательно должен присутствовать центральный процессор (Central Rpocessing Unit - CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными сопроцесорами, ориентированными на эф-фективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцесор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцесор для обработки графических изображений, сопроце-сор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийны-ми устройствами.
Основными параметрами процессоров являются:
• тактовая частота,
• разрядность,
• рабочее напряжение,
• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,
• размер кеш памяти.
Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современ-ных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производи-тельность. Первые процессоры, которые использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров дости-гают отметки в 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц).
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора опреде-ляется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32-разрядными.
Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, по-этому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Ра-бочее напряжение процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего на-пряжения разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производитель-ность без угрозы перегрева.
Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффици-ент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. На сегодня тактовая частота мате-ринских плат составляет 100-133 Мгц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.
Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быст-рее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. По-этому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной па-мяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому вы-сокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.
Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт).
В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его реги-страх, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных ин-терпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессо-ра. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.
Процессоры Intel, используемые в IBM-совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд - CISC-процессоров (CISC - Complex Instruction Set Computing). В противопо-ложность CISC-процессорам разработаны процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд намного меньше, и каждая коман-да выполняется быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простых команд выполняются намного быстрее на RISC-процессорах. Обратная сто-рона сокращенной системы команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не всегда эффективной последовательно-стью более простых команд. Поэтому CISC-процессоры используются в уни-версальных компьютерных системах, а RISC-процессоры - в специализиро-ванных. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD изготовляет процессоры семейства AMD-K6, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих процессоров выполненное по RISC-архитектуре, а внешняя структура - по архитектуре CISC).
В компьютерах IBM PC используют процессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм, относящиеся к се-мейству x86. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086. В дальнейшем выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 с модификациями, разные модели Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Новейшей моделью фирмы Intel является процессор Pentium IV. Среди других фирм-производителей процес-соров следует отметить AMD с моделями AMD-K6, Athlon, Duron и Cyrix.
Шины
С другими устройствами, и в первую очередь с оперативной памятью, про-цессор связан группами проводников, которые называются шинами. Основ-ных шин три:
• шина данных,
• адресная шина,
• командная шина.
Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считыва-ет адреса команд, которые необходимо выполнить, а также данные, с кото-рыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, то есть она состоит из 32 параллельных проводников.
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оператив-ной памяти в регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64-разрядная. Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.
Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают коман-ды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Про-стые команды вкладываются в один байт, но есть и такие команды, для кото-рых нужно два, три и больше байта. Большинство современных процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные про-цессоры с командной шиной.
Шины на материнской плате используются не только для связи с процессо-ром. Все другие внутренние устройства материнской платы, а также устрой-ства, которые подключаются к ней, взаимодействуют между собой с помо-щью шин. От архитектуры этих элементов во многом зависит производи-тельность ПК в целом.
Основные шинные интерфейсы материнских плат:
ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все уст-ройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт/с. В современных компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большей пропуск-ной способности (звуковые карты, модемы и т.д.).
EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность возросла до 32 Мбайт/с. Как и стандарт ISA, этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем выпуск плат, которые поддерживают эти интер-фейсы прекратится.
VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта VESA. Ло-кальная шина соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Она работает на большей частоте, чем основная шина, и позволяет увеличить скорость передачи данных. Позже, в локальную шину "врезали" интерфейс для подключения видеоадаптера, который требует повышенной пропускной способности, что и привело к появлению стандарта VLB. Пропу-скная способность - до 130 Мбайт/с, рабочая тактовая частота - 50 МГц, но она зависит от количества устройств, подсоединенных к шине, что является главным недостатком интерфейса VLB.
PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних ком-понентов. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с независимо от количества под-соединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI проис-ходит автоматическая конфигурация этого устройства.
FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro для связи с опера-тивной памятью используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100-133 МГц и имеет пропускную способность до 800 Мбайт/с. Час-тота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI осталась лишь функция подключения новых внешних устройств.
AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подклю-чения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.
USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным обо-рудованием. Он разрешает подключать до 256 разных устройств с последова-тельным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть без переза-грузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компью-теров в простую сеть без использования специального аппаратного и про-граммного обеспечения.
Внутренняя память
Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, рас-положенные на материнской плате. К ним относятся оперативная память, по-стоянная память и энергонезависимая память.
Оперативная память RAM (Random Access Memory)
Память RAM - это массив кристаллических ячеек, способных сохранять дан-ные. Она используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными систе-мами. Из нее процессор берет программы и данные для обработки, в нее за-писываются полученные результаты. Название "оперативная" происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно ждать при счи-тывании данных из памяти или записи. Однако, данные сохраняются лишь временно при включенном компьютере, иначе они исчезают.
По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM.
Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсато-ров, способных накапливать электрический заряд. Недостатки памяти DRAM: медленнее происходит запись и чтение данных, требует постоянной подзарядки. Преимущества: простота реализации и низкая стоимость.
Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэле-менты - триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не за-ряд, а состояние (включенный/выключенный). Преимущества памяти SRAM: значительно большее быстродействие. Недостатки: технологически более сложный процесс изготовления, и соответственно, большая стоимость.
Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической - для кэш-памяти.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В современ-ных ПК на базе процессоров Intel Pentuim используется 32-разрядная адреса-ция. Это означает, что всего независимых адресов есть 232, то есть возмож-ное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. Однако, это еще не означа-ет, что именно столько оперативной памяти может быть в системе. Предель-ный размер объема памяти определяется чипсетом материнской платы и обычно составляет несколько сотен мегабайт.
Оперативная память в компьютере размещена на стандартных панельках, ко-торые называются модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соот-ветствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два выполнения - однорядные (SIMM - модули) и двурядные (DIMM - модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять лишь парами (количество разъемов для их установления на материнской плате всегда четное). DIMM - модули можно устанавливать по одному. Комбинировать на одной плате разные модули нельзя.
Основные характеристики модулей оперативной памяти:
• объем памяти,
• время доступа.
SIMM - модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM - модули - 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт. Время доступа показывает, сколько времени не-обходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше. Измеря-ется в наносекундах. SIMM - модули - 50-70 нс, DIMM - модули - 7-10 нс.
Постоянная память ROM (Read Only Memory)
В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют лю-бые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процесор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной па-мятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Микро-схема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, "зашиты" в ней - они записываются туда на этапе изготовления микро-схемы. Комплект программ, находящийся в ПЗУ образовывает базовую сис-тему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output System).
Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, мо-нитором, жесткими и гибкими дисками.
Энергонезависимая память CMOS
Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами BIOS, но такими средствами невозможно обеспечить роботу со всеми возможными устройствами (в связи с их огромным разнообразием и наличием большого количества разных параметров). Но для своей работы программы BIOS требуют всю информацию о текущей конфигурации систе-мы. По очевидной причине эту информацию нельзя сохранять ни в оператив-ной памяти, ни в постоянной. Специально для этих целей на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти, которая называется CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не исчезает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличает-ся тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно, в соот-ветствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.
Микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. В этой памяти сохраняются данные про гибкие и жесткие диски, процессоры и т.д. Тот факт, что компьютер чет-ко отслеживает дату и время, также связанн с тем, что эта информация по-стоянно хранится (и обновляется) в памяти CMOS. Таким образом, програм-мы BIOS считывают данные о составе компьютерной системы из микросхе-мы CMOS, после чего они могут осуществлять обращение к жесткому диску и другим устройствам.