Архитектоника ПК (стр. 2 из 4)

Машинная память

Память компьютера (memory) - понятие широкое, хотя очевидно, что это то место, где компьютер хранит данные пользователя. Память разделяется на внешнюю, долговременную память и оперативную (внутреннюю, системную, основную или ОЗУ), значительно более быструю. Внешняя память будет рассмотрена позднее, а в этой главе остановимся только на оперативной памяти.

Оперативная память - это место, куда процессор кладет и откуда выбирает данные непосредственно в процессе их обработки. Если сравнивать внешнюю и внутреннюю память по скорости доступа к хранимым в них данным, то окажется, что скорость внутренней памяти, реализованной на микросхемах, на несколько порядков больше, чем у внешней. По сути, память является самостоятельным устройством, как, например, процессор.

Организация внутренней памяти имеет сходство с пчелиными сотами, состоящими из огромного числа одинаковых ячеек. В каждой ячейке может храниться строго определенное число битов (в IBM-совместимых персональных компьютерах каждая ячейка памяти хранит по 8 бит информации). У современных машин, число ячеек памяти достигает десятков миллионов (мегабайт). Все ячейки имеют свой порядковый номер или, иначе говоря, адрес. Процессор использует этот адрес для обращения к нужной ему ячейке. Выполняя программу, компьютер с помощью процессора обращается к нужным ячейкам за их содержимым или записывает в них новые данные. При чтении - информация в ячейке памяти остается старой, не разрушается, а при записи прежнее содержимое может замениться новым. Память, в которой значение ячеек при записи в них заменяется новым, называется RAM (Random Access Memory) - память с произвольным доступом. Память, в ячейки которой невозможно записать новые значения называется ROM (Read Only Memory) - постоянное запоминающее устройство или ПЗУ. Данные в такую память обычно записывает завод-изготовитель компьютера.

Писать и читать ячейки памяти можно неограниченное число раз. Время чтения/записи зависит от технологии изготовления микросхем памяти и на сегодняшний день составляет всего несколько наносекунд. Это время оказывает влияние на скорость работы компьютера, на эффективность его работы в целом. Дело в том, что микропроцессор работая быстрее, чем микросхемы памяти простаивает, пока не закончится процесс записи или чтения данных. Соответственно, чем быстрее микросхемы памяти, тем меньше времени процессор тратит в холостую, а значит тем быстрее выполняются программы. Можно сказать, что быстродействие и емкость (максимальный объем одновременно хранимых данных) - две важнейшие характеристики памяти любого типа.

Компьютеру можно добавить (нарастить) оперативную память, правда, в оговоренных для каждой модели пределах.

Данные в оперативной памяти хранятся не постоянно, а только пока компьютер включен и работает. При выключении или же сбое электропитания, все содержимое оперативной памяти будет потеряно. Сразу же после включения компьютера его оперативная память пуста, в ней ничего нет.

Конструктивно, внутренняя память выполнена в виде группы микросхем (модуля памяти) и помещается внутри системного блока на системной плате. Платы, на которых установлены микросхемы памяти, различаются числом контактов, например, 30 или 72 контакта.

Кроме описанной выше «динамической» памяти, существуют микросхемы «статической» постоянной памяти, данные в которых сохраняются и после отключения питания. Существуют разновидности постоянной памяти, содержимое которой можно «стереть» ультрафиолетовым светом. Такой тип памяти называется EPROM.

Плата модуля компьютерной памяти Организация памяти компьютера

Кэш-память

Кэш-память (cache-memory) - это сверхоперативная память. Она значительно быстрее обычной оперативной памяти, но меньше по объему. Кэш-память доступна только процессору, которая хранит в ней промежуточные и часто используемые данные. Это позволяет процессору затрачивать меньше времени на доступ к данными и раньше освобождаться для других работ. Все это вместе ускоряет исполнение программ. Иначе говоря, кэширование - это организация хранения наиболее употребляемых данных в специально отведенной для этого части памяти с максимально быстрым доступом.

Кэш-память встроенная внутрь микросхемы микропроцессора называется кэш-памятью первого уровня, а установленная вне его - кэш-памятью второго уровня.

Порты

Порты связи (ports) служат для сопряжения компьютера и внешних устройств, таких как мышь, принтер, клавиатура¹ и т. д. Часто к портам подключают различные измерительные приборы, датчики. Существуют порты двух типов - последовательные (коммуникационных, сериальные) (serial ports) и параллельные. Поскольку, через них с компьютером может взаимодействовать любое устройство, (при условии, что оно поддерживает протокол порта), и параллельные, и последовательные порты еще называют универсальными. Про внешние устройства, подключаемые к последовательным портам, говорят, что они имеют «последовательный» интерфейс, а про подключаемые к параллельным портам - «параллельный» интерфейс. Все порты могут настраиваться на заданную скорость передачи и приема информации.

Большинство настольных компьютеров имеют два последовательных порта, называемых COM1 и COM2 для подключения внешних устройств, порты COM3, COM4 для устройств, встроенных внутрь системного блока, но можно установить и большее число последовательных портов. К последовательным портам традиционно подключаются модем и мышь. Последовательными порты называются потому, что передают информацию последовательно бит за битом.

Кроме последовательных в компьютере, как правило, имеются порты параллельные - LPT. Через такой порт компьютер может посылать устройству группу бит информации одновременно. Принтер обычно подключается именно к параллельному порту.

Разъемы портов для внешних устройств укреплены на задней панели системного блока.

Разъемы портов на задней панели системного блока

CD-ROM, CD-R И CD-RW диски

CD-ROM диски (лазерно-оптические диски) предназначены для хранения больших объемов информации, но в отличие от жестких дисков их легко заменять один на другой. Они компактны (диаметр диска 4.7 дюйма), надежно сохраняют записанную на них информацию. Записи такого диска удобно тиражировать. Видимой разницы между компакт-дисками с записью музыки, видео или какой-то другой информации нет.

На одном компакт-диске можно сохранить информации, сколько примерно и на 500 дискетах.

Информация на диске располагается не на кольцевых дорожках, как у магнитных дисков, а на одной, закрученной в спираль.

Однако CD-ROM диски могут быть записаны только один раз. Произвести запись информации можно на специальные диски CD-WORM (Write Once Read Many) - Запись Однократная - Чтение Многоразовое, CD-R (Compact Disk Recordable) - Записываемый Компакт Диск или CD-RW (Compact Disk ReWritable) - Компакт Диск Допускающий Перезапись. Данные с компакт-диска считываются и затем передаются в компьютер порциями.

Скорость работы дисковода компакт-дисков - одна из основных характеристик CD-дисководов (CD-накопителей, CD-проигрывателей), выражаемая в килобайтах за секунду (Kb/s, Кб/с). Могут встретиться восьми, десяти или двадцатичетырех скоростные модели дисководов (обозначается 2х, 4х, 8x, 10x, 24x, 32х, 40х, 48х …), что означает считывание и передачу данных дисководом компьютеру со скоростью в 8, 10 или 24 раза большей «нормальной».

Существуют модели дисководов для встраивания внутрь системного блока и имеющие собственный корпус (внешний дисковод). Индикатор на лицевой панели дисковода показывает - идет работа с компакт-диском или нет

Лицевая панель CD-дисковода Лицевая панель CD-дисковода

Шина

После сборки и компьютер, и все его адаптеры оказываются связанными между собой множеством соединений (проще говоря, проводами (линиями)). Если бы было возможно связать их вместе, получился бы толстый жгут или шина. Шина (bus) - это главная магистраль, по которой происходит информационный обмен между устройствами компьютера. При этом количество информации передаваемой за один прием зависит от ширины шины. Время необходимое для однократного считывания или записи данных по проводам шины (операции ввода и вывода данных), называется циклом шины.

Первые шины были шириной (разрядностью) 8 бит, затем в 16-бит и в 32-бита. Сегодня широко распространены шины шириной 64-бита, а скоро будут в 128 и более бит. Компьютеры часто классифицируют именно по ширине шины.

По команде процессора данные могут быть выбраны из оперативной памяти, где они хранились, и отправлены некоторому адаптеру. Тогда по линиям шины сначала передастся адрес ячейки памяти, а затем передадутся выбранные данные. Понятно, что чем выше пропускная способность шины, ее скорость, чем шире шина данных (чем больше бит данных передается сразу), тем производительней оказывается работа компьютера в целом. Ниже в порядке возрастания скорости передачи данных перечисляются стандарты организации шины: