Вопросы для самопроверки

1. Что входит в состав базовой конфигурации ПЭВМ?

2. Каковы основные характеристики ЭВМ?

3. Назовите основные части персонального компьютера.

4. Какие функции выполняет в ЭВМ процессор?

5. Что является основной характеристикой процессора?

6. В состав какой части ЭВМ входит арифметико-логическое устройство?

7. Каковы структура и назначение АЛУ?

8. Что такое математический сопроцессор и каково его назначение?

9. Обработку каких видов информации выполняет процессор ЭВМ?

10. Какие устройства размещаются на материнской плате ПК?

11. Что такое микропроцессор и какие функции он выполняет?

12. Каковы структура и назначение устройства управления?

13. Укажите последовательность работы блоков ПК при выполнении программы.

14. От чего зависит производительность персонального компьютера?

15. Из чего состоит внутренняя интерфейсная шина МП?

16. Какие функции выполняет контроллер системной шины?

17. Что является основным интерфейсом ПЭВМ?

18. Что такое разрядность МП?

19. Что в ПЭВМ служит для объединения ее устройств в вычислительную систему?

20. Для чего служит системная шина в ПЭВМ и что входит в ее состав?

21. Что такое порт? Какие бывают порты?

22. Какие функции выполняют СОМ – порты в ЭВМ?

23. Чем определяются требования к размеру ОЗУ при выборе ПК?

24. Каковы назначение и основные характеристики микропроцессорной памяти?

25. Что такое платы расширения?

26. Для чего на материнской плате установлена батарейка?

2.3. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики

Для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины предназначена основная память (ОП). ОП содержит два запоминающих устройства: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

ПЗУ служит для хранения неизменяемой программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (ROM – Read Only Memory). Изменять информацию в ПЗУ нельзя. ПЗУ является энергонезависимым запоминающим устройством.

ОЗУ (RAM – Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения, считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в процессе, выполняемом ПК в текущий момент времени. Достоинство оперативной памяти – высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти (ЯП) непосредственно (прямой доступ). Недостаток ОЗУ – невозможность сохранения информации в нем после выключения питания машины (энергозависимость).

ОЗУ в ЭВМ имеет, как правило, ограниченный объем памяти, но существует возможность ее расширения. ОЗУ состоит из ячеек памяти, в которых хранятся машинные слова или двоичные машинные коды. Ячейка памяти представляет набор элементов памяти, в качестве которых используется электронное устройство - триггер с двумя выходами, на одном из которых есть импульс напряжения, а на другом его нет. Одно состояние описывается цифрой 1, а другое – цифрой 0. Каждый такой элемент памяти рассчитан на хранение одного бита информации. Если ЯП состоит из 8 - ми элементов, то она содержит информацию объемом 8 бит или 1 байт и ЭВМ оперирует 8-разрядными машинными словами (на каждый разряд приходится 1 бит информации). Разрядность машинного слова определяет разрядность ЭВМ. Разрядность ЭВМ пропорциональна числу 2, т.е. ЭВМ может быть 8-разрядная, 16-разрядная, 32-разрядная и т.д. ОЗУ работает медленнее, чем ПЗУ.

Скорость работы ЭВМ существенно зависит от скорости работы ОЗУ, т.е. от продолжительности обращения к ОЗУ. С повышением быстродействия растет (и очень резко) стоимость элементов памяти, так что построение ОЗУ необходимой емкости на быстрых элементах неприемлемо экономически. Эта проблема разрешена путем построения многоуровневой памяти. Основная часть большой емкости строится на относительно медленных (но зато более дешевых) элементах, а дополнительная часть (ее называют кэш – памятью – Cashe Memory) состоит из быстродействующих элементов. Те данные, к которым АЛУ обращается наиболее часто, содержатся в кэш – памяти; больший же объем оперативной информации хранится в основной памяти. Распределением информации между составными частями ОЗУ управляет специальный блок центрального процессора (ЦП). Объем ОЗУ и кэш – памяти принадлежат к числу важнейших характеристик ЭВМ.

Внешняя память ЭВМ служит для длительного хранения различной информации, например, программ, текстовой, графической информации, результатов решения задач и т.д. Поскольку объем такой информации может быть большим, то и устройства внешней памяти, называемые внешними запоминающими устройствами (ВЗУ), рассчитаны на хранение неограниченного объема информации на их носителях.

В ЭВМ ранних поколений в качестве ВЗУ использовались накопители на перфокартах и перфолентах. С развитием вычислительной техники в качестве ВЗУ стали использовать устройства на магнитных носителях информации.

Принцип записи информации на магнитных носителях основан на изменении намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. Запись осуществляется с помощью магнитной головки: электрические сигналы, возникающие под управлением электронного блока, возбуждают в ней магнитное поле, воздействующее на носитель и оставляющее намагниченные участки на заранее размеченных дорожках. При считывании информации эти намагниченные участки индуцируют в магнитной головке слабые токи, которые превращаются в двоичный код, соответствующий ранее записанному.

В зависимости от носителя информации различают накопители на магнитных лентах (НМЛ), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на жестких дисках типа винчестер (НМДВ), накопители на магнитных барабанах (НМБ). Соответственно носителями информации являются магнитная лента, гибкий диск (флоппи - диск или дискета), жесткие диски и магнитные барабаны.

НМЛ, которые называют еще стриммерами, по принципу действия похожи на бытовой магнитофон. Они позволяют записывать, например, на кассете до двух гигабайт информации. Представление о современном интеллектуальном ленточном накопителе для записи цифровой информации может дать устройство Super Digital Linear Tape (начало выпуска 2002 г.). Оно позволяет хранить 320 Гбайт данных, производя автоматическое их сжатие при записи, и передавать данные со скоростью 16 Мбайт/с.

В НМД, НМДВ информация записывается на вращающихся жестких дисках, покрытых магнитным материалом. Информация размещается на концентрических дорожках диска. Для уменьшения времени доступа к информации поверхность диска разбивается на сектора по 512 байт, данные записываются посекторно.

Операционной системе (ОС) удобнее оперировать понятием «кластер» (cluster). Кластер представляет собой несколько секторов, расположенных последовательно, и ОС считает кластер наименьшим адресуемым фрагментом диска. В кластере на гибком диске обычно содержится один-два сектора, на жестком диске чаще всего от 8 до 64 секторов.

Одной из важнейших характеристик ВЗУ является время (скорость) записи информации на носитель и время (скорость) доступа к этой информации. Поскольку рассмотренные ВЗУ представляют электромеханические устройства, то скорость работы с информацией в них гораздо меньше, чем в ОЗУ, т.к. последняя является электронным устройством памяти.

Обязательным атрибутом современных ЭВМ является наличие приводов компакт-дисков CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory). Компакт-диск CD-ROM – это диск диаметром 120 мм и толщиной 0,5 мм с центральным отверстием размером 15 мм. Информация на нем хранится в виде чередующихся по ходу спирали ямок и ровных областей. Лазерный луч от ямок рассеивается, а от ровных областей отражается и регистрируется в виде битов информации (нулей и единиц). CD-ROM отличается возможностью записи достаточно большого объема информации и высокой износостойкостью. По долговечности хранения информация, записанная на оптическом диске, намного превосходит запись на любом магнитном носителе.

Однако, еще большую информационную емкость имеют DVD-диски (Digital Versatile Disc). Стандартного DVD-диска с емкостью 4,7 Гбайт достаточно, например, для хранения полнометражного фильма с трехканальным звуковым сопровождением, а существуют DVD-диски емкостью в несколько раз больше. Увеличение емкости достигается за счет многослойности самого диска, использования лазеров с меньшей длиной волны (что позволяет сокращать размеры элементов записи на диске), специальных программ сжатия и т.д.

Кроме указанных выше дисков применяются магнитооптические диски CD-MO, позволяющие вести многократную перезапись. В основу положен следующий физический принцип: коэффициент отражения лазерного луча от по-разному намагниченных участков диска с особым образом нанесенным магнитным покрытием различен. Таким образом, запись на CD-MO-диски выполняется лазерным лучом и магнитным полем, считывание - лазерным лучом, стирание информации – также лазерным лучом, разрушающим магнитную запись за счет нагрева соответствующего участка диска.

В настоящее время в ПК широкое распространение в качестве ВЗУ получила флэш-память (Flash), или в обиходе «флешка». Флэш-память – это энергонезависимое твердотельное полупроводниковое устройство памяти. Она не содержит подвижных устройств, а поэтому обладает большой надежностью. По своим габаритам она очень компактна, имеет низкое энергопотребление и невысокую стоимость. Выпускаемые в настоящее время флэш-накопители имеют объем памяти в несколько гигабайт. Несмотря на их достоинства, они имеют по сравнению с дисками меньшую скорость записи и доступа к информации.