Biblioteca electronică a tehnologiilor informaționale

Dispozitive interne de calculatoare. Procesoare și memorie

Primul, dispozitivul de computer prezentat în figură, se numește microprocesor. Primul microprocesor a fost creat în 1971 și a fost destinat calculatoarelor micro.







Microprocesorul sau CPU este creierul calculatorului ("CPU" este unitatea centrală de procesare, ceea ce înseamnă unitatea procesorului). Procesorul selectează comenzi din memoria PC-ului, le decodifică și le execută. Pe aceste comenzi, efectuează operații aritmetice și logice, primește date de la dispozitivele de intrare și trimite rezultatele către dispozitivele de ieșire. Procesorul generează semnale speciale de sincronizare și control, monitorizează funcționarea magistralei și a tuturor dispozitivelor periferice. Structurally, procesorul reprezintă un cip special, numit "chip" (Chipset) sau "BIS" (Circuit integrat mare).

În plus față de CPU, sunt utilizați și alți procesatori specializați, de exemplu, aritmetică, numită coprocesor (al doilea dispozitiv din diagramă). Coprocesorul (NPU) este unitatea de procesare numerică sau "FPU" (unitatea cu puncte plutitoare), un procesor matematic alternativ. Efectuează calcule matematice cu un punct de plutire (punct) de câteva ori mai rapid decât procesorul propriu-zis. Anterior, a reprezentat un "BIS" separat. În designul modern, este găzduit în aceeași carcasă cu un procesor central. Folosit cu succes pentru a accelera afișarea imaginilor grafice statice și dinamice. În computere, sunt instalate și alte procesoare suplimentare, instalate pe plăcile corespunzătoare, de exemplu, adaptorul grafic.

Indicatorul principal al parametrului care caracterizează procesorul, precum și calculatorul însuși, este performanța - viteza procesării datelor, adică numărul de milioane de comenzi executate pe secundă (MIPS). În consecință, una dintre caracteristicile importante ale unui computer este frecvența ceasului. exprimată în megahertzi. În calculatoarele moderne, acesta ajunge la mai multe GHz (GHz).

Următorul parametru al PC-ului (în diagramele 3 și 4) este memoria digitală. Capacitatea este măsurată în octeți.

Înțelegerea acestei întrebări poate fi, știind modul în care informațiile sunt prezentate într-un computer. Să luăm în considerare această problemă. Pentru a procesa informația pe un computer, datele introduse în ea (litere, numere, semne speciale) sunt codificate, deoarece computerul înțelege informații numai în codurile mașinilor speciale.

În viața de zi cu zi folosiți sistemul numeric zecimal, care utilizează un set de cifre de la "0" la "9". Orice număr din acest sistem este compus din unități, zeci, sute, mii, etc. De exemplu, numărul 153 poate fi reprezentat ca o sută, cinci zeci și trei unități sau 1 * 102 + 5 * 10 + 3 * 100. Prin urmare, baza acestui sistem de numere este numărul 10.

Pentru a reprezenta informații în tehnologia informatică, se folosește sistemul binar. a cărui bază este numărul 2. Acest sistem este alcătuit din două cifre "0" și "1", ceea ce este foarte convenabil pentru orice dispozitiv electronic. Zero și o unitate sunt percepute de sistem ca fiind prezența sau absența unui semnal, ca o declarație logică falsă sau corectă și așa mai departe și apoi ușor convertite la semnale electrice pentru prelucrarea ulterioară a acestora.

Orice număr reprezentat în formă binară constă în suma numerelor având valori de la 2 la puterea "n2. Deci, 20 = 1, 21 = 2, 22 = 4, 23 = 8, 24 = 16, 25 = 32, 26 = 64, 27 = 128, 28 = 256 etc.

De exemplu, să reprezentăm numărul 153 al sistemului numeric zecimal sub forma unui număr binar: 1 * 27 + 1 * 24 + 1 * 23 + 1 * 20. Dacă facem calculele corespunzătoare, obținem 128 + 16 + 8 + 1 = 153.

În calcul, se consideră că este unitatea minimă de biți de informație ("cifră binară" în limba engleză). numerele "1" sau "0" sau comanda "Enabled" - prezența semnalului și "Off" - fără semnal. O unitate comună de informații este un octet.

1 octet = 8 biți, adică reprezintă o secvență de opt unități și zerouri. Un octet se potrivește cu un caracter, caracter sau cifră.

Pentru codarea simbolurilor binare în Statele Unite a fost elaborată o masă specială (American Standard Code for Information Interchange, ASCII), care este folosită în întreaga lume. Fiecărui simbol, cifră sau caracter din el i se atribuie un cod zecimal de la 0 la 255 (28).

Primele 32 de caractere și simbolul cu codul 127 sunt simboluri de serviciu. Codurile de caractere 32-127 sunt definite ca standard pentru toate calculatoarele compatibile IBM includ alfabetul latin și aprobat de ISO (Organizația Internațională de Standardizare în diverse domenii ale activității umane). Caracterele de la 128 la 255 sunt folosite pentru a implementa alfabetele naționale - partea extinsă a tabelului de coduri. De exemplu, anumite litere ale alfabetului rus au următoarea codificare zecimală: un capital „A“ corespunde codului 128, un caz mai mic „o“ - 160, un caz mai mic „m“ - 172 și titlul „M“ - 140. În codul zecimal informații binar 140 poate fi scrisă ca următoarea secvență de biți este 10001100 = 128 + 8 + 4 = 140.

Memoria electronică (calculatoare) a calculatorului este împărțită în interiorul și exteriorul. "Memoria internă" constă din memorie operațională, memorie permanentă și memorie cache.

Performanța sa (viteza, frecvența) este egală cu performanța procesorului. În același timp, se asigură că cele două dispozitive de bază ale computerului sunt coordonate în timp și performanța calculatorului este ridicată.

RAM (al treilea dispozitiv în diagramă) sau o memorie cu acces aleator (RAM) - o memorie internă specială care vă permite să noteze rapid în jos în el și a citit din ea informațiile necesare - o serie de celule de cristal capabile să stocheze date.

Informațiile din această memorie este stocată numai pentru orice călătorie (scurtă sau lungă), deci este puterea computerului este numit volatile, depozitarea temporară sau în limba engleză «RAM» (Random Access Memory - Random Access Memory). De obicei, computerele folosesc "DRAM" - memorie dinamică, constând din celule sub formă de microconductoare, capabile să acumuleze încărcături pe plăcuțele lor.

În timpul funcționării calculatorului, informațiile din memoria RAM sunt actualizate în mod constant. Acesta conține toate programele executate la un anumit moment în timp. Sunt elemente de texte, date, programe etc. sunt situate în celule de memorie speciale.

În prezent, memoria cache (memoria cache) este utilizată pe scară largă. Acesta poate fi intern (încorporat, de exemplu, în procesor) și extern. Memorie cache externă - memorie super-rapidă (super-rapidă), localizată ca tampon între procesor și memorie RAM, în unități de hard disk etc. pentru stocarea rezultatelor intermediare. Vă ajută să îmbunătățiți performanța computerului. Acesta servește la reducerea numărului de cicluri de ceas ale procesorului atunci când accesează o "RAM" mai lentă.







În computerele IBM compatibile, memoria RAM este distribuită după cum urmează:

640 KB - memoria principală a PC-ului (memorie de bază convențională - memorie de bază standard)

384 KB - memorie superioară de până la 1 MB (UMA - zona superioară de memorie),

zona rezervată pentru nevoile sistemului. În el:

(de obicei nu este complet utilizată).

128 KB - rezervă pentru adaptoare cu propriul "ROM BIOS".

128 KB - "Sistem BIOS", "ROM" pe placa de bază.

Peste 1 MB - memorie extinsă

Zonele nefolosite ale driverelor UMA, utilizând driverul DOS-EMM386, pot fi utilizate ca blocuri de memorie superioare ale UMB (Block Upper Memory) pentru a găzdui programe rezidente.

Memorie extinsă. la rândul său, constă în:

# 9679; specificația programului (EMS - Expanded Memory Specification), care utilizează 4 pagini de memorie superioară de 16 KB;

# 9679; specificația programului (XMS - Specificația de memorie eXtended) care utilizează modul protejat utilizând driverul DOS - HIMEM.SYS;

# 9679; zonă de memorie mare (HMA).

Al patrulea dispozitiv prezentat în diagramă este o memorie non-volatilă (ROM) sau, în limba engleză, "ROM" ("Read-Only-Memory"). . ROM-ul este destinat pentru a stoca programe de sistem, controlul funcționării dispozitivelor externe în calculator, diagnosticare servicii de control al programului, etc. Este folosit pentru a «BIOS» (Basic Input / Output System - Basic Input Output System), care este responsabil pentru procedura de calculator de auto-verificare, și anume . rulează testul "POST" (Testul de auto-testare); pentru executarea programului de legare a cizmei; De asemenea, conține interfețe de nivel scăzut și limba de programare BASIC. Acest cip este instalat pe placa de bază și stochează setările de bază (de bază) ale computerului.

Procesorul și dispozitivele de stocare internă sunt modulele principale ale oricărui dispozitiv de calcul. Acestea sunt suficiente pentru a face computerul să funcționeze. Dar pentru a asigura dialogul cu o persoană acest lucru nu este suficient, deoarece este imposibilă transferarea sarcinilor relevante și informarea utilizatorului asupra rezultatelor deciziei lor, etc.

Toate celelalte dispozitive de pe computer sunt de obicei numite externe. Conectarea acestora cu modulele principale de mai sus se realizează prin intermediul unui dispozitiv sau al unui modul intern special, numit "magistrală".

Dispozitivele Bus sau furnizează procesorul de interfață de linie (al cincilea dispozitiv în diagramă), și stocare internă cu toate dispozitivele externe prin card de expansiune (carduri), montate în fante speciale (sloturi).

Toate dispozitivele de mai sus și altele sunt situate direct pe placa de bază, numită "placa de sistem" sau "placa de bază" - placa de bază.

Pentru a conecta diferite dispozitive externe în sloturile controlerului sau adaptorului introdus (cel de-al șaselea dispozitiv din diagramă). Conectați dispozitivele externe nu numai că furnizează efectiv de lucru de calculator (controlere de afișare, drive-uri pe suport magnetic, etc.), dar oferă utilizatorilor cu o varietate de caracteristici suplimentare, cum ar fi adaptoare de rețea, carduri multimedia ( «Multimedia») și altele.

Intrări / ieșiri și dispozitive de stocare pe termen lung

Dispozitivele externe de stocare se numesc memorie externă. Acestea reprezintă dispozitive (portabile) care nu pot fi amânate și detașabile pentru stocarea pe termen lung sau temporar a informațiilor. Acestea sunt discutate mai detaliat în subiectul 5. Aici luăm în considerare doar informațiile de bază referitoare la acest subiect.

Memoria externă, cum ar fi o bibliotecă, este un depozit de informații utile, volumul căruia depășește considerabil cantitatea de memorie internă a calculatorului. Dispozitivele și mediile de stocare includ: discuri, dischete și alte dispozitive de memorie directă de acces pe suporturi magnetice, optice, magneto-optice și alte suporturi.

Memorie externă pe termen lung - un loc pentru stocarea pe termen lung a datelor care nu sunt folosite la un moment dat de către utilizator și memoria RAM a calculatorului.

Informațiile sunt stocate pe diverse suporturi. Dacă informațiile de pe mediu pot fi citite, atunci un astfel de mediu sau dispozitiv care îl conține poate fi numit un dispozitiv de stocare a informațiilor și de stocare. Dacă mediul vă permite să scrieți, să citiți, să actualizați, să distrugeți și să stocați informații, atunci un astfel de mediu și (sau) un dispozitiv cu un astfel de mediu se numește dispozitiv de intrare / ieșire și stocare de informații.

Principalii reprezentanți ai dispozitivelor de memorie externă sunt unitățile hard disk pe discuri magnetice flexibile și dure. În plus, există dispozitive de stocare sub formă de discuri laser optice (numai pentru citire - CD-ROM, pentru înregistrare - CD-R, pentru rescriere - CD-R W), diverse modificări ale DVD-urilor. Mijloace de stocare magnetooptice: drivere floptice și hard (drivere MOD-magneto-optice), benzi magnetice (unități de bandă) și chips-uri (carduri flash). Parametrii, materialele și caracteristicile media, inclusiv stocarea, sunt discutate în subiectul 5.

Primul, în ceea ce privește aspectul, sunt discurile magnetice flexibile sau dischetele (în limba engleză "Floppydiskettes"). Ele sunt folosite din 1980. Discurile moderne au o dimensiune de 3,5 "(89 mm) și sunt suporturi portabile, permițând efectuarea procedurilor de intrare / ieșire și stocare a informațiilor. Dispozitivul pentru lucrul cu acestea se numește unitate de dischetă (driver floppy) sau driver floppy (engleză). Acest dispozitiv extern este instalat în interiorul unității de sistem. Acum, transportatorii flexibili nu îndeplinesc cerințele utilizatorilor moderni și sunt folosiți din ce în ce mai puțin de aceștia. Dovada costului lor ridicat (aproximativ 15 ruble), lipsa de fiabilitate a stocării datelor înregistrate pe ele și o cantitate mică de informații stocate maxim (1, 44 MB).

pe un sistem de înregistrare dischetă este oarecum similar cu sistemul de înregistrare pe disc, în contrast cu care înregistrarea nu este spirală, iar pe cercuri concentrice - piesa (în engleză -. „Circuite» / traks /), situate pe ambele părți ale dischetei și generatoare, cum ar fi cilindrii . Cercurile, la rândul lor, sunt împărțite în sectoare (Figura 6-3). Fiecare sector. indiferent de mărimea pistei, are aceeași dimensiune egală cu 512 octeți, ceea ce se obține printr-o altă densitate de înregistrare: mai mică la periferie și mai aproape de centrul dischetei.

Capacitatea unei dischete este destul de simplă. Este necesar să se înmulțească numărul de cercuri (piese) după numărul de sectoare. De exemplu, multiplicarea 80 de piese de pe cele 18 sectoare, pe cele două părți ale discului floppy obține 80 * 18 * (512B * 2) = 1474560 bytes, sau 1, 47 MB ​​- capacitate floppy disk moderne.

Discheta achiziționată este formatată conform metodei din fabrică pentru a lucra cu computere compatibile cu IBM, adică este marcată astfel încât să poată fi scrisă instantaneu și să poată fi citită informațiile citite de mașină. Dacă este necesar, poate fi formatat (inițializat). Pentru a efectua operațiunea, puteți utiliza programul special "Format" pentru a formata discurile. În Windows, această procedură este după cum urmează. În directorul "My Computer", trebuie să selectați pictograma "Disk 3.5" (A) "și, făcând clic pe ea cu ajutorul cursorului mouse-ului, apăsați tasta sa dreaptă. Aceasta va deschide meniul derulant al pictogramei "Disk 3.5" (A) ", în care există un element" Format ". Trebuie să fie activată și să execute procedurile oferite în fereastra deschisă "Format Disk 3.5 (A)" (Figura 6-4).

Floppy-urile sunt înlocuite din ce în ce mai mult de discuri compacte, volumul acestora ajungând la 700 MB, iar costul este comensurabil cu costul dischetelor.

Următorul dispozitiv de stocare extern este un disc magnetic dur.

Hard diskul (hard discuri în limba engleză) reprezintă un set de stive stivuite una deasupra celeilalte și discuri (discuri) atașate greu. Fiecare dischetă are propriul cap de citire / scriere. Împreună, aceste capete sunt fixate rigid pe o axă (Figura 6-5). Un set de astfel de discuri este instalat într-o carcasă sigilată specială și denumită în mod colectiv ca unitate HDD sau HDD.

Acest dispozitiv extern detașabil este instalat în interiorul unității de sistem. HDD este un dispozitiv de intrare / ieșire și stocare de informații. Nu este recomandat să fie transferat în același mod ca și dischetele ("Discuri nedemontabile"). În ciuda numelui său, hard disk-ul este un dispozitiv foarte fragil, sensibil la supraîncărcări, șocuri și jolte.

Atunci când unitatea funcționează, se formează o pernă aerodinamică între fiecare cap și suprafața discului. Capul se deplasează deasupra suprafeței magnetice la o înălțime de câteva milimetri de milimetru. Funcționarea HDD este controlată de un dispozitiv hardware-logic special - un controler de hard disk. Această soluție tehnică vă permite să măriți semnificativ densitatea înregistrărilor și pentru o perioadă lungă de timp (câțiva ani) pentru a stoca o cantitate mare de informații pe discuri (milioane de dischete).

Parametrii principali ai HDD sunt capacitatea, performanța și viteza. Capacitatea dispozitivelor moderne ajunge la câteva sute de GB.

Performanța este determinată de rata internă de transfer de date și este măsurată în MB / s (de la mai multe la zeci și sute de MB / s). Aceasta depinde mai mult de caracteristicile interfețelor care conectează HDD-ul la placa de bază. HDD-ul este conectat la conectorii de pe placa de bază cu cabluri de interfață speciale (cabluri).

Viteza - timpul de acces la date. De obicei, acordați atenție intervalului mediu de acces - intervalul de timp necesar pentru a găsi datele corecte. Depinde de viteza de rotație a discului. Pentru discurile cu o viteză de rotație de 5400 rpm, timpul de acces mediu este de 9-10 μs, pentru discuri cu o frecvență de 7200 rpm - 7-8 μs. Dispozitivele de nivel superior oferă un timp mediu de acces la date de 5-6 μs.

Datele pe stratul magnetic sunt înregistrate de un fascicul laser. Aceasta folosește un proces de înregistrare cu două treceri. Schimbările magnetice ale discului pot apărea numai dacă se aplică simultan două condiții: câmpul magnetic și temperatura specifică creată de laser, iar probabilitatea pierderii informațiilor este foarte mică.

Dispozitivele optice ale memoriei externe includ discuri compacte cu laser.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: