Сучасні комп'ютери мають блочно-модульну конструкцію: апаратну конфігурацію, необхідну для виконання певних робіт, можна складати з готових вузлів та блоків. Системний блок являє собою основний вузол, у якому зібрані найбільш важливі компоненти. Основною компонентою є материнська плата. На ній розміщені: центральний процесор шини — набір провідників для передачі даних та сигналів управління; оперативна пам'ять — набір мікросхем, призначених для зберігання даних під час їх безпосереднього опрацювання; постійна пам'ять — мікросхеми, призначенні для постійного зберігання інформації, у тому числі і при вимкненому живленні
Центральний процесор — функціональна частина ЕОМ, що призначена для інтерпретації команд
обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій; програмне керування роботою пристроїв комп'ютера.
В рамках однієї і тієї ж архітектури різні процесори можуть досить сильно відрізнятися один від одного. І відмінності ці утілюються в різноманітних процесорних ядрах, що володіють певним набором строго обумовлених характеристик. Найчастіше ці відмінності втілюються в різних частотах системної шини (FSB), розмірах кеша другого рівня, підтримці тих або інших нових систем команд або технологічних процесах, за якими виготовляються процесори. Нерідко зміна ядра в одному і тому ж сімействі процесорів спричиняє за собою заміну процесорного розніму , з чого витікають питання подальшої сумісності материнських плат. Проте в процесі вдосконалення ядра, виробникам доводиться вносити до нього незначні зміни, які не можуть претендувати на "ім'я власне". Такі зміни називаються ревізіями ядра і, найчастіше, позначаються цифробуквеннимі комбінаціями. Проте в нових ревізіях одного і того ж ядра можуть зустрічатися досить помітні нововведення. Так, компанія Intel ввела підтримку 64 -бітової архітектури EM 64 T в окремі процесори сімейства Pentium 4 саме в процесі зміни ревізії.
Найуспішнішими і найпоширенішими донедавна були процесори з архітектурою IA 32, яка була введена з появою покоління процесорів i 80386 на заміну 16 -бітним 8086, 80186, 80286. Досить вдале 64 -бітове розширення класичної 32 -бітової архітектури IA 32 було запропоноване в 2002 році компанією AMD (спочатку називалося x 86 -64, зараз - AMD 64) в процесорах сімейства К 8. Через деякий час компанією Intel було запропоновано власне позначення EM 64 T (англ. Extended Memory 64 -bit Technology). Але, незалежно від назви, суть нової архітектури одна і та ж: розрядність основних внутрішніх регістрів 64 -бітових процесорів подвоїлася (з 32 до 64 битий), а 32 -бітові команди x 86 -кода отримали 64 -бітові аналоги. Крім того, за рахунок розширення розрядності шини адрес об'єм пам'яті, що адресується процесором, істотно збільшився. Але ті, хто чекає від 64 -бітових процесорів скільки-небудь істотного приросту швидкодії, будуть розчаровані — їхня продуктивність в переважній більшості сучасних застосунків (які в масі своєю заточені під IA 32) практично та ж, що і у старих добрих 32 -бітових процесорів. Для пересічного користувача потенціал 64 -бітової архітектури може розкритися, коли в масово з'являться застосунки, оптимізовані під нову архітектуру. Найефективніший перехід на 64 -бітові процесори буде для програм, що активно працюють з великими об'ємами пам'яті, понад 4 ГБ: продуктивними серверами, базами даних, програм класу CAD/CAE, а також програм для роботи з цифровим контентом.
Найзначнішою подією 2005 року стала поява дво'ядерних процесорів. До того часу класичні одноядерні CPU певною мірою вичерпали резерви зростання продуктивності за рахунок підвищення робочої частоти. Каменем спотикання стало не тільки дуже високе тепловиділення процесорів, що працюють на високих частотах, але і проблеми з їхньою стабільністю. Отже екстенсивний шлях розвитку процесорів вичерпався, і виробникам довелося освоювати новий, інтенсивний шлях підвищення продуктивності продукції. Піонером на ринку десктопних CPU, як зазвичай, стала компанія Intel, що першою анонсувала дво'ядерні процесори Intel Pentium D і Intel Extreme Edition. Втім, AMD з Athlon 64 X 2 відстала від конкурента буквально на лічені дні. Безперечним добутком цих дво'ядерників першого покоління є їхня повна сумісність з існуючими системними платами. Друге покоління двоядерних процесорів, зокрема, Intel Core 2 Duo, вимагає спеціально розроблених для них чіпсетів і зі старими материнськими платами не працює. На сьогоднішній день для роботи з двоядернимі процесорами більш менш оптимізовано в основному професійне ПЗ (включаючи роботу з графікою, аудіо- і відео-даними), тоді як для офісного або домашнього користувача друге процесорне ядро іноді приносить користь, але частіше є мертвим вантажем. Але ринок неухильно рухається у бік мультиядерних систем і оптимізованих паралельних обчислень. Така тенденція буде пануючою найближчими роками, так що частка ПЗ, оптимізованого під декілька ядер, неухильно зростатиме, і дуже скоро може наступити момент, коли багатоядерність стане насущною необхідністю.
Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої: Пристрій керування (ПК). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері. Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін. ) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмних кодів у більшості програм. Всі операції в АЛП виробляються в регістрах — спеціально відведених комірках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожен здатний виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: «Так» і «Ні» ( « 1» і « 0» ). Звичайно ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені. AGU (Address Generation Unit) — пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливий, ніж АЛП, тому що він відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних. Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожний з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою крапкою, незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному співпроцесорові виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисельні, так і з плаваючою крапкою, і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність. Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, по яких розміщаються результати. Потім випливає повідомлення іншому незалежному пристроєві про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.
Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш використовується як буфер для прискорення обміну даними між процесором і оперативною пам'яттю, а також для збереження копій інструкцій і даних, що недавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті витягаються прямо, без звертання до основної пам'яті. Кеш першого рівня (L 1 cache). Кеш-пам'ять, що знаходиться усередині процесора. Вона швидше всіх інших типів пам'яті, але менше за обсягом. Зберігає зовсім недавно використану інформацію, що може бути використана при виконанні коротких програмних циклів. Кеш другого рівня (L 2 cache). Також знаходиться усередині процесора. Інформація, що зберігається в ній, використовується рідше, ніж інформація, що зберігається в кеш-пам'яті першого рівня, проте за обсягом пам'яті він більший. Також у даний час у процесорах використовується кеш третього рівня. Основна пам'ять. Набагато більша за обсягом, чим кеш-пам'ять, і значно менш швидкодіюча. Регістри — це внутрішня пам'ять процесора. Являють собою ряд спеціалізованих додаткових комірок пам'яті, а також внутрішні носії інформації мікропроцесора. Регістр є пристроєм тимчасового збереження даних, числа або команди і використовується з метою полегшення арифметичних, логічних і пересильних операцій. Основним елементом регістра є електронна схема, називана тригером, що здатна зберігати одну двійкову цифру (розряд). Деякі важливі регістри мають свої назви, наприклад: суматор — регістр АЛП, що бере участь у виконанні кожної операції. лічильник команд — регістр УП, зміст якого відповідає адресі чергової виконуваної команди; служить для автоматичної вибірки програми з послідовних комірок пам'яті. регістр команд — регістр УП для збереження коду команди на період часу, необхідний для її виконання. Частина його розрядів використовується для збереження коду операції, інші — для збереження кодів адрес операндів.
Шина — це канал пересилання даних, використовуваний спільно різними блоками системи. Шина може являти собою набір провідних ліній у друкованій платі, проводу, припаяні до виводів роз'ємів, у які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Інформація передається по шині у виді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина). Шина даних. Служить для пересилання даних між процесором і пам'яттю або процесором і пристроями введення-виведення. Ці дані можуть являти собою як команди мікропроцесора, так і інформацію, що він посилає в порти введення-виведення або приймає звідти. Шина адрес. Використовується ЦП для вибору необхідної комірки пам'яті або пристрою введення-виведення шляхом установки на шині конкретної адреси, що відповідає однієї з комірок пам'яті або одного з елементів введення-виведення, що входять у систему. Шина керування. По ній передаються керуючі сигнали, призначені пам'яті і пристроям введення-виведення. Ці сигнали вказують напрямок передачі даних (у процесор або з нього).
Оперативна пам'ять — пам'ять ЕОМ, призначена для зберігання коду та даних програм під час їх виконання. У сучасних комп'ютерах оперативна пам'ять переважно представлена динамічною пам'яттю з довільним доступом DRAM.
Напівпровідникова статична (SRAM) - осередками є напівпровідникові тригери. Переваги - невелике енергоспоживання, висока швидкодія. Відсутність необхідності проводити «регенерацію» . Недоліки - малий об'єм, висока вартість. Зараз широко використовується як кеш-пам'яті процесорів в комп'ютерах. Напівпровідникова динамічна (DRAM) - кожен осередок є конденсатором на основі переходу КМОП-транзистора. Переваги - низька вартість, великий об'єм. Недоліки - необхідність періодичного прочитування і перезапису кожного осередку - т. з. «регенерації» , і, як наслідок, пониження швидкодії, велике енергоспоживання. Процес регенерації реалізується спеціальним контроллером, встановленим на материнській платі або в центральному процесорі. DRAM зазвичай використовується як оперативна пам'ять (ОЗУ) комп'ютерів. Феромагнітна - є матрицею з провідників, на перетині яких знаходяться кільця або біакси, виготовлені з феромагнітних матеріалів. Переваги - стійкість до радіації, збереження інформації при виключенні живлення; недоліки - мала ємкість, велика вага, стирання інформації при кожному читанні. В даний час в такому, зібраному з дискретних компонентів вигляді, не застосовується. Проте до 2003 року з'явилася магнітна пам'ять MRAM в інтегрального виконання. Поєднуючи швидкість SRAM і можливість зберігання інформації при відключеному живленні, MRAM є перспективною заміною використовуваним нині типам ROM і RAM. Проте вона на сьогоднішній день приблизно удвічі дорожча за мікросхеми SRAM (при тій же ємності і габаритах).
Пам'ять постійного зберігання (ППЗ), або постійний запам'ятовуючий пристрій, або пам'ять тільки для читання — носій інформації, що використовується тільки для отримання і відтворення даних. Зазвичай інформація записується на такий носій в заводських умовах, недоступних споживачу. Зазвичай ROM використовується для керування роботою апаратної частини комп'ютера. Найважливішою мікросхемою ROM є BIOS (Basic Input/Output System — базова система введеннявиведення). Комп'ютер звертається до BIOS зразу ж після подачі живлення на центральний процессор, ще до завантаження операційної системи. Мікросхема ППЗ здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп'ютері. Кажуть, що програми, які знаходяться в ППЗ, «зашиті» у ній — вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться у сучасних ППЗ утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками.
Матери нська пла та - плата, на якій містяться основні компоненти комп'ютера, що забезпечують логіку роботи.
На материнській платі монтується чіпсет, це мікросхеми, які забезпечують і контролюють логіку функціонування плати, на платі також розташовуються розніми для підключення центрального процесора, графічної плати, звукової плати, твердих дисків, оперативної пам'яті і інші розніми.
Звукова пла та (також звукова карта, аудіоплата) (англ. sound card) — пристрій, що дозволяє працювати на комп'ютері зі звуком
Типова звукова карта включає звукову мікросхему, що містить цифро-аналоговий перетворювач, який конвертує записаний або згенерований цифровий звук в аналоговий формат. Вихідний сигнал поступає на підсилювач, навушники або зовнішній пристрій, використовуючи стандартні роз'єми, звичайно TRS або RCA. Якщо кількість чи розміри роз'ємів завеликі для задньої панелі комп'ютера, вони можуть бути винесені окремо. Більш просунуті звукові карти містять декілька мікросхем для досягнення вищої якості або поліпшення виконання різних операцій одночасно, наприклад для запису музики в реальному часі важливо, щоб синтез звуків відбувався з мінімальною затримкою процесора. Відтворення звуку звичайно здійснюється за допомогою багатоканальних ЦАП, що підтримують одночасне відтворення звуків різної висоти й гучності, а також звукові ефекти в реальному часі. Багатоканальне відтворення звуку також використовується для синтезу звуку за допомогою цифрових банків інструментів (англ. Wavetable), що займає невелику кількість постійної або флеш-пам'яті і містить звукові семпли MIDIінструментів. Інший шлях синтезу звуків полягає у використанні "аудіо-кодеків", цей шлях вимагає відповідного програмного забезпечення, сумісності з MIDI, та багатоканальної емуляції
Тверди й диск — постійний запам'ятовуючий пристрій ЕОМ. Постійний, означає, що на відміну від оперативної пам'яті, продовжує зберігати дані після вимикання струму. Перші тверді диски з`явилися на початку 70 -х років. Вони мали ємкість не більше десятка кілобайтів. У 1973 році фірма IBM випустила жорсткий диск моделі 3340, що вперше об'єднав в одному нероз'ємному корпусі пластини диска й голівки, що зчитують. При його розробці інженери використали коротку внутрішню назву "30 -30", що означало два модулі (у максимальному компонуванні) по 30 Мб кожний. Кеннет Хотон, керівник проекту, через співзвучність назви з позначенням популярної мисливської рушниці "Winchester 30 -30" запропонував назвати цей диск "вінчестером"[1]
Кожен твердий диск складається з трьох блоків. Перший блок. На першому блоці зберігається вся інформація. 1 -й блок представляє з себе один або декілька скляних або алюмінієвих дисків, вкритих з двох сторін магнітним шаром, на який записується інформація. Другий блок — механіка твердого диску. Другий блок забезпечує обертання першого блоку (тобто самих дисків) і точне позиціонування головок зчитування. Третій блок— електронна логіка твердого диску.
Інтерфейс — набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилають по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил обміну. Сучасні накопичувачі можуть використати інтерфейси ATA (AT Attachment, він же IDE — Integrated Drive Electronic, він же Para, Serial ATA, SCSI , SAS, Fire. Wire, USB, SDIO и Fibre Channel. Ємність — кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємність сучасних пристроїв досягає 1000 Гб. На відміну від прийнятої в інформатиці (випадково) системі приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використаються кратні 1000 величини. Так, напр. , ємність жорсткого диска, маркованого як « 200 Гб» , в дійсності складає 186, 2 ГіБ. Фізичний розмір (форм-фактор) — майже всі сучасні накопичувачі для персональних комп'ютерів і серверів мають розмір або 3, 5, або 2, 5 дюйма. Останні частіше застосовуються в ноутбуках. Інші розповсюджені формати — 1, 8 дюйма, 1, 3 дюйма і 0, 85 дюйма Час доступу— від 3 до 15 мс, як правило, мінімальним часом відрізняються серверні диски, максимальним із актуальних - диски для портативних пристроїв Швидкість обертання диску— кількість оборотів шпинделя у хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу й швидкість передачі даних. У цей час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 (ноутбуки), 7200 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об. /хв. (сервери і високопродуктивні робочі станції).
Надійність (англ. reliability) — визначається як середній час наробітку на відмову (Mean Time Between Failures, MTBF). Див. також Технологія SMART. (S. M. A. R. T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технологія оцінки стану жорсткого диска вбудованими апаратурами самодіагностики, а також механізм оцінки часу виходу його з ладу. ) Кількість операцій вводу-виводу на секунду — у сучасних дисків це близько 50 оп. /сек при довільному доступі до накопичувача й біля 100 оп. /сек при послідовному доступі. Рівень шуму — шум, що відтворює механіка накопичувача при його роботі. Вказується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму близько 26 дб і нижче. Опірність ударам (англ. G-shock rating) — опірність накопичувача різким перепадам тиску або ударам, виміряється в одиницях припустимого перевантаження g у включеному й виключеному стані. Швидкість передачі даних (англ. Transfer Rate): Внутрішня зона диска: від 44, 2 до 74, 5 Мб/с Зовнішня зона диска: від 74, 0 до 111, 4 Мб/с
1956 — продаж першого комерційного жорсткого диска, IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Він важив біля тонни, займав два ящики — кожен розміром з великий холодильник, а загальний обсяг пам'яті 50 покритих чистим залізом, що оберталися в ньому, тонких дисків діаметром з більшу піцу становив 5 мегабайтів 1980 — перший 5, 25 -дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб 1986 — Стандарт SCSI 1991 — Максимальна ємність 100 Мб 1995 — Максимальна ємність 2 Гб 1997 — Максимальна ємність 10 Гб 1998 — Стандарти UDMA/33 й ATAPI 1999 — IBM випускає Microdrive ємністю 170 й 340 Мб 2002 — Узятий бар'єр адресного простору вище 137 Гб 2003 — Поява SATA 2005 — Максимальна ємність 500 Гб 2005 — Стандарт Serial ATA 3 G 2005 — Поява SAS (Serial Attached SCSI) 2006 — Застосування перпендикулярного методу запису в комерційних накопичувачах 2006 — Поява «гібридних» жорстких дисків, що містять додатковий блок флеш-пам'яті ємністю в одиниці гігабайт 2007 — Hitachi представляє накопичувач ємністю 1 Тб
Відеока рта — пристрій, елемент комп'ютера, що перетворює графічні дані за допомогою вбудованих апаратних засобів та транслює отриманий в результаті перетворення відеосигнал на екран (дисплей) монітору, проектора. Відеокарта складається з графічного процесора (цифро-аналогового перетворювача), співпроцесора, відеопам'яті, друкованої плати, кулера Відеокарти розрізняються інтерфейсом підключення до комп'ютера (типом комп'ютерної шини), інтерфейсом підключення до монітору (аналоговий і/або цифровий вихід, окремі мають також телевізійний вихід для підключення телевізора в якості монітору), брендом, типом використаних мікросхем, що впливає на продуктивність, якість і швидкість зміни зображень, зокрема, в тривимірних іграх. Відеокарти поділяються на знімні та вбудовані у материнську плату. Більшість останніх не розрахована на високу продуктивність обробки графічних даних, і призначені, в основному, для виведення двовимірної графіки. Цього цілком достатньо для роботи в інтернеті або в офісних програмах. При збільшенні роздільної здатності зображення монітору навантаження і вимоги до продуктивності відеокарти зростають, особливо в програмах, насичених графічними даними. Для підключення двох моніторів до одного комп'ютера, потрібна відеокарта з двома портами (виходами) для підключення моніторів, або дві різні відеокарти. Робота на двох моніторах обов'язково повинна підтримуватися операційною системою
Мікропроцесор — інтегральна схема, яка виконує функції центрального процесора (ЦП) або спеціалізованого процесора. Сьогодні слово мікропроцесор є практично повним синонімом слова процесор, оскільки функціональний блок, що на ранніх стадіях розвитку обчислювальної техніки займали цілу плату чи навіть шафу, тепер вміщається в одну невеличку інтегральну схему із сотнями мільйонів транзисторів всередині. З середини 1980 -х мікропроцесори витіснили інші види ЦП. Проте загалом це не так: центральні процесорні пристрої деяких суперкомп'ютерів навіть сьогодні є складними комплексами великих (ВІС) і надвеликих (НВІС) інтегральних схем.
Чіпсет — це набір мікросхем материнської плати чи складного контролера, які потребують спеціалізованого управління своєю роботою: синхронізацією, доступом до ресурсів, каналізацією потоків даних тощо.
Чіпсет складається з 2 -х основних мікросхем: MCH — контролер-концентратор пам'яті — Північний міст (Northbridge) — забезпечує взаємодію ЦП з пам'яттю і відеоадаптером. У нових чіпсетах часто є інтегрована відеопідсистема. ICH — контролер-концентратор вводувиводу — Південний міст (Southbridge) — забезпечує взаємодію між ЦП і порівняно повільною периферією: жорстким диском, слотами PCI, USB тощо.
Скачать презентацию Сучасні комп ютери мають блочно-модульну конструкцію апаратну конфігурацію
будова комп'ютера.pptx