Устройство системного блока компьютера

Приветствую друзья,
сегодня мы с вами будем подробно рассматривать устройство системного блока компьютера. Узнаем из чего он состоит, какие компоненты в нем должны обязательно присутствовать, а какие опционально. Определимся с назначением каждого внутреннего компонента системного блока. Давайте начнем.

Корпус системного блока

Корпус это обычно такая железная коробка, которая нужна для удобства крепления внутренних компонентов системного блока. В ней есть специальные отверстия для крепления материнской платы, корзина для жестких дисков и cd/dvd дисководов, внешние отверстия с передней и с задней стороны для вывода внешних разъемов внутренних комплектующих системного блока (материнка, видеокарта и прочее).

Также есть куча отверстий под кулеры/вентиляторы для обеспечения наилучшего охлаждения внутренних компонентов системного блока. В особо крутых корпусах есть еще так называемая система «cable-management».

Что такое cable management?

Cable management это система специальных пазов внутри корпуса для прокладки кабелей и проводов между внутренними компонентами системного блока. Нужно все это дело для, того чтобы растянувшиеся по всему корпусу провода не мешали входящим и выходящим потокам воздуха свободно циркулировать внутри корпуса системного блока. Короче для того, чтобы провода не мешали охлаждению.Какие бывают размеры корпусов?

Сами корпуса бывают трех основных размеров: Mini Tower, Mid Tower и Full Tower. Проще говоря, маленькие, средние и большие. Размер корпуса выбирается в зависимости от, того какого размера материнскую плату вы в него планируете запихнуть и какого размера планируете устанавливать в него внутренние компоненты.Нужен-ли корпус?

А вообще говоря, корпус не является обязательным элементом системного блока. Компьютер может спокойно работать и без корпуса. Однако без корпуса компьютер будет работать не так эффективно.

Внутренние компоненты системного блока не будут должным образом охлаждаться и будут чаще покрываться слоем пыли. Да и вам возиться с компьютером без корпуса, будет сложнее.

Основа каждого системного блока, если не сказать компьютера. Эта самая основная плата, к которой уже подключаются все остальные. Материнская плата отвечает за взаимодействие всех внутренних компонентов между собой.

Она регулирует частоты работы процессора и планок оперативной памяти. Регулирует скорость вращения кулеров, скорость передачи данных между жесткими дисками. Распределяет подачу тока между внутренними компонентами. Проверяет работоспособность всех подключенных к ней компонентов при включении компьютера с помощью BIOS.Разъемы материнской платы

Кроме всего прочего, от материнской платы на внешнюю панель корпуса выходит больше всего разъемов. Все или почти все USB разъемы, PS/2 порты для подключения мыши и клавиатуры. Также может выводится сетевое гнездо под конектор RJ45, если сетевая карта встроена в материнскую плату.

Иногда от материнской платы идут еще и видеоразъемы DVI или VGA. Происходит это в том случае, если видеокарта встроена в материнскую плату либо процессор имеет встроенный видеочип.

Процессор

Можно сказать мозг компьютера. Отвечает за скорость выполнения различных расчетов. Например за скорость кодировки видеофайлов, за скорость интерпретации и выполнения программного кода, за расчеты перемещения определенных объектов и так далее. Крепится процессор в специальном сокете на материнской плате.

У каждого процессора есть свои характеристики. Такие как частота ядра, количество ядер, объем кеш памяти и прочее. Углубляться в это пока подробно не будем.

Планки оперативной памяти

Как уже понятно из названия, планки эти отвечают за объем оперативной памяти компьютера. Чем планок больше и чем большего они объема, тем больше у компьютера оперативной памяти.

Основная характеристика планок оперативной памяти — диапазон частот, на которых они могут работать. Еще учитывается объем каждой планки оперативной памяти.

В компьютер рекомендуется всегда устанавливать планки оперативной памяти одинакового объема и от отдого производителя, во избежание различных системных конфликтов. Устанавливаются планки в специальные слоты на материнской плате.

Неотъемлемая часть любого компьютера. Отвечает за вывод на монитор пользователя изображения. Отвечает за качество компьютерной графики и производительность 3D приложений в целом.

Существуют как внешние видеокарты, так и внутренние, встроенные в материнскую плату либо в процессор. Однако на большинстве домашних ПК видеокарта внешняя.

Современная внешняя видеокарта отличается от своих прародителей большим количеством кулеров и массивной радиаторной решеткой. Все это нужно для улучшения охлаждения карты и, как следствие, повышения ее производительности.

Основными параметрами видеокарты являются объем ее видеопамяти и диапазон частот, на которых видеокарта работает.

Жесткие диски

Их может несколько или жесткий диск может быть один. По крайней мере, один обязательно должен быть для того, чтобы вы могли установить на него какую-нибудь операционную систему.

На картинке выше вы можете видеть пример одного из современных жестких HDD дисков, который подключается к материнской плате с помощью SATA кабеля.

CD/DVD/Bluray дисководы

Нужны для чтения и записи файлов на диск. Уже постепенно отживают свой век, т.к на смену малообъемным CD и DVD дисками приходят быстрые и объемные флешки и внешние жесткие диски, которые подключаются к системному блоку по средствам usb кабелей.

Дисковод не является обязательным элементом системного блока. Компьютер сможет вполне спокойно работать и без него. Но без дисковода не будет возможности работать с CD,DVD и Bluray дисками.

Основными параметрами любого дисковода являются скорость чтения записи с диска и скорость записи/прожига данных на диск.

Нужен для того, чтобы правильно распределить электроэнергию от вашей домашней сети между всеми компонентами системного блока.

Провода от блока питания идут для того, чтобы запитать материнскую плату, кулеры, внешнюю видеокарту и жесткие диски. Процессор и оперативная память запитываются энергией уже от материнской платы. Кроме того, материнская плата регулирует подачу напряжения на процессор и оперативную память для увеличения либо уменьшения производительности.

Как выбрать блок питания, читайте в этой статье

Остальные платы

Довольно часто во многих системных блоках встречаются дополнительные платы. Это могут быть внешние сетевые карты, звуковые карты, TV тюнеры, GPS маяки и прочее. Подключается все это дело к материнской плате с помощью PCI разъемов.

На картинке выше вы можете видеть пример внешней сетевой wi-fi карты. Она очень популярна в последнее время в связи с широкой распространенностью домашних wi-fi сетей. Является идеальным решением, когда к интернету хочется подключить стационарный ПК, но кидать витую пару от системного блока к роутеру нет никакого желания.

Системный блок в собранном виде

В собранном виде системный блок будет выглядеть примерно как-то так.

В правом верхнем углу мы видим блок питания. Видим как от него ответвляются кабели к дисководам, к жестким дискам, к материнской плате и кулерам. Как раз то, о чем я вам писал.

В левом нижнем углу видим три жестких диска, а над ними корзину с дисководами. В центре самую большую материнскую плату. На ней внушительных размеров кулер, расположенный над процессором и под всем этим делом какую-то видеокарту.

Вот вообщем-то и все, о чем я сегодня хотел вам поведать. Надеюсь, что внутреннее устройство системного блока более не является для вас загадкой. В любом случае эта информация вам еще пригодится, когда мы с вами в следующих статьях научимся выбирать комплектующие под бюджет и собирать системный блок компьютера самостоятельно.

Устройство Компьютера. Состав Системного Блока.

Итак, чтобы изучить устройство компьютера и увидеть состав системного блока, необходимо снять боковую крышку.   1. Корпус 2. Блок питания 3. Центральный Процессор 4. Корпусный вентилятор 5. Модули оперативной памяти 6.Видеокарта 7-8. PCI-устройства 9-10. CD/DVD привод 11. Жесткий диск 12. Материнская плата 1. Корпус Здесь расположены все перечисленные части компьютера. Бывают различных размеров и форм-факторов. Чем корпус объемней и массивней, тем легче обеспечивать хорошее охлаждение и низкий уровень шума.   3. Блок питания Один из важнейших компонентов, входящих в состав системного блока, так как обеспечивает питание всех частей компьютера. Его мощность и качество влияет на состояние всех комплектующих. Некачественный блок питания может являться причиной нестабильной работы компьютера и даже причиной выгорания дорогостоящих деталей. Мощность выбирается в зависимости от целей и назначения компьютера. Например,  для компьютера, используемого в офисах, достаточно будет 300 Вт, а для игровой машины может и 500 Вт не хватить.   3. Центральный процессор (CPU). Комплектуется охлаждающим радиатором и вентилятором (кулером). Центральный процессор — это главное устройство обработки данных. Именно он выполняет действия, из последовательности которых состоят программы. Производительность компьютера во многом зависит от быстродействия центрального процессора, которое определяется тактовой частотой работы, разрядностью, архитектурой и количеством ядер. Сегодня на рынке лидируют два основных производителя: Intel и AMD.   4. Корпусный вентилятор (кулер) Служит для охлаждения комплектующих компьютера. В некоторых случаях устанавливается два и более вентилятора.   5. Модули оперативной памяти   Оперативная память (ОЗУ, RAM) — отличается высоким быстродействием и используется процессором непосредственно во время работы для кратковременного хранения информации. При выключении источника питания информация, хранящаяся в ОЗУ стирается. Оперативной памяти никогда не бывает много, поэтому чем ее больше, тем лучше. Сегодня рекомендуется иметь от 2 до 4 Гигабайт оперативной памяти.   6. Видеокарта (видеоадаптер, видеопроцессор) (Видеоплата, видеоадаптер, videoadapter, videocard)- устройство компьютера, которое отвечает за обработку и вывод графической информации на монитор. Видеоадаптер имеет свой собственный графический процессор, который обрабатывает 2D/3D графическую информацию. Это снижает вычислительную нагрузку на центральный процессор (CPU). Для офисных компьютеров подойдет практически любая видеоплата (даже встроенная в материнскую плату), а вот для игровых машин придется приобрести что-нибудь по серьезнее.   7-8. PCI-устройства PCI-устройства могут включать в себя сетевые карты, TV-тюнеры, платы FireWire (IEEE-1394) и т. д.   9-10. CD/DVD приводы (CD/DVD-ROM). Осуществляет чтение и запись информации с дисков/на диски CD, DVD и др. Между собой отличаются скоростью чтения и скоростью записи.   11. Жесткий диск (Винчестер, HDD, harddisk) — это устройство хранения информации на Вашем компьютере. При выключении питания данные не стираются. По сравнению с оперативной памятью скорость работы HDD намного ниже, а объем хранимой информации намного больше. Емкость жесткого диска измеряется в Гигабайтах или даже в Терабайтах. Естественно, что чем больше объем винчестера, тем больше Вы сможете хранить на своем компьютере документов, программ, игр, фильмов, музыки и т.д.   12. Материнская плата (Материнка, мather-board) – основной компонент, входящий в состав системного блока. Именно на материнку устанавливаются все комплектующие элементы, входящие в состав ПК. От выбора материнской платы зависит какой именно у Вас будет стоять процессор, оперативная память и т.д.   Прежде чем приступать к выбору и покупке нового компьютера или начинать модернизацию и апгрейд старого, необходимо знать устройство компьютера, т.е. из чего же состоит и как устроен системный блок. Другими словами нужно знать что мы собираемся покупать или модернизировать.

Что входит в состав персонального компьютера. Устройство системного блока

Различия между составом персонального компьютера и внутренним устройством системного блока

Под составом компьютерной системы обычно понимают не только компоненты базовой конфигурации ПК, но и внутреннюю составляющую системного блока, его то чаще всего и имеют в виду говоря о компьютере. Но в данной статье будут рассмотрены оба понятия.

Состав компьютерной системы

Так, например, в минимальный состав компьютера можно выделить несколько компонентов:

• Системный блок — в нём располагаются внутренние узлы персонального компьютера;
• Монитор — позволяет вывод данных: текстов, изображений и другой информации;
• Клавиатура — служит для ввода информации;
• Мышь — хоть при её помощи можно управлять работой компьютерных программ.

(Компьютерная мышь не входит в состав базовой конфигурации ПК!)

Данные компоненты удовлетворяют лишь минимальному составу персонального компьютера и поэтому конфигурацию очень часто называют базовой.

По мере необходимости составные части компьютера можно и даже нужно наращивать, например, без компьютерных колонок уже не обойтись или МФУ (много функциональное устройство — принтер, сканер и копир в одном) будет вашим помощником не только в офисе, но и дома, но эти компоненты называются периферийными и относятся уже к расширенной конфигурации компьютера.

Ноутбук будет хорошим примером минимальной или по другому базовой составляющим компьютера, так как в его состав входят так же интегрированные клавиатура, мышь — представленная в виде тачпада или трекбола и монитор находящийся прямо в его крышке.

Если с составом компьютерной системы всё довольно просто и понятно, то устройство системного блока нуждается в более подробном рассмотрение.

Устройство системного блока

Так как выше уже рассмотрен один из вариантов представления о персональном компьютере, будет правильно рассмотреть и второй. Почему же системный блок ПК рассматривается более подробно? Дело в том, что тот коробок, именуемый ещё и системным блоком не единое целое, как может показаться на первый взгляд и внутренняя его составляющая может быть совершенно разной для каждого компьютера. Скажете вы, так монитор тоже состоит из разных микросхем и прочих сложностей, и вы будете правы, но отличие состоит в том, что системный блок — это модульная система.

Каждый, наверное, знает конструктор Lego, из его частей можно сделать много интересных поделок, так и системный блок, вы можете менять его состав по мере необходимости, конечно монтирую комплектующие не куда вам захочется, в отличие от конструктора, а в специальные слоты расширения системной платы.

Корпус системного блока

Конструкция корпуса определяет не только внешний вид системного блока, а вместе с ним и домашний уют и даже его начинку, а именно форм-фактор материнской платы, а вместе с ней и количество подключаемых компонентов. Система охлаждения целиком и полностью тоже зависит о корпуса вашего компьютера, она должна быть тихой, но эффективной.

Системная (материнская) плата

Её называют как системной, так и материнской платой, смысловая нагрузка на данные термины совершенно одинаковая, когда её называют так или иначе, имеют в виду одно и тоже. Благодаря системной плате обеспечивается механическое крепление на прямую и с помощью специальных кабелей всех компонентов системного блока, а вмести с ним и их питание и внутренняя взаимосвязь. Так же на ней находятся различные контролеры.

Процессор и его система охлаждения

Микропроцессор, являющийся составляющей процессора, выполняет большинство вычислительных операций. Современные процессоры нуждаются в хорошем энергопотребление, а, температура некоторых представителей позволяет даже вскипятить чайник, поэтому без системы охлаждения не обойтись:

Радиатор — обеспечивает пассивное охлаждение процессору, но один радиатор уже не справляется с большими тепловыделениями и поэтому на него обычно крепится, для воздушного охлаждения специальный вентилятор. Да и вообще найти радиатор отдельно от вентилятора скорее всего уже не удастся.

Существуют и альтернативные системы охлаждения, но они обычно требуются для использования разгонного потенциала центрального процессора.

Модуль оперативной памяти

Еще, оперативную память называют ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, необходима для хранения временных данных, хорошим примером является буфер обмена при копировании и последующей вставке. Процессор передаёт информацию в оперативную память и по мере необходимости забирает её оттуда. Особенностью оперативной памяти является практически молниеносное быстродействие, которое даёт возможность обмена данных с процессором, на его же скорости их обработки. Следует учитывать, что длительное хранение данных практически не достижимо, ОЗУ является энергозависимой составляющей персонального компьютера, при отключении питания ПК, вся информация безвозвратно исчезнет.

На плате модуля находятся несколько микросхем работающих как одно целое, а для установки в материнскую плату, для наращивания оперативной памяти не требуются ни какие инструменты, данную операцию легко можно проделать самому.

Жёсткий диск и твердотельный накопитель

HDD, от английского hard (magnetic) disk drive — представляет возможность для длительного по времени хранения данных информации, операционная система обычно устанавливается именно в раздел жёсткого диска. В материнскую плату, в отличие от оперативной платы он не монтируется, для его подключения требуются специальный шлейф. Шлейфы, которые используют определяются самим жёстким диском, а это или IDE, или SATA(1,2,3). На современных материнских платах разъём IDE отсутствует.

Как по отдельности, так и в комплекте с HDD в составе современных персональных компьютеров всё чаще используют твердотельный накопитель — SSD, в основе которого лежит флеш-память, хорошо подходящий для увеличения быстродействия компьютера благодаря высокому обмену данных c другими компонентами, по сравнению с HDD, но в тоже время являются более дорогостоящими. Поэтому для экономии, SSD небольших размеров используют для установки и работы операционной системы, а для хранения данных используют жёсткий диск. Рекомендуется к прочтению статья: «Что лучше SSD или HDD?».

Видеоадаптер (Видеокарта)

Видеокарта — графическая плата, устройство, отвечающее за построение (вывод) информации на дисплей монитора. Современные материнские платы бывают уже с интегрированными графическими адаптерами, которые хорошо показывают себя как в офисных приложениях для просмотра высококачественного видео, так и в не ресурсоёмких играх. Для высокопроизводительных задач видео плата докупается отдельно, монтируется в системную плату, а разнообразие моделей находится в совершенного разных ценовых сегментах.

Дисковод оптических дисков

В конфигурации современного компьютера оптический дисковод по сравнению с его прежней популярностью используется всё реже и реже. Служит для чтения и записи дисков различных форматов. Подключается к системной плате при помощи шлейфа, так же, как и жёсткий диск или твердотельный накопитель.

Дисковод гибких дисков и кардридер

Дисковод гибких дисков уже не используется для сборок современных компьютеров, но его ещё можно найти в устаревших ПК. На старых материнских платах был предусмотрен специальный разъём.

На современных компьютерах целесообразнее использовать кардридер, способный считывать и записывать информацию разных типов флеш накопителей.

Звуковой адаптер, модем и контроллер локальной сети

Звуковой адаптер, служит для записи и воспроизведения звука, к нему подключаются наушники, звуковые колонки и микрофон. 
Модем нужен для подключения и выхода в интернет, контролер сети или сетевая карта служит для подключения к сети и так же, как и модем для выхода в интернет.

В составе материнской платы сегодняшних дней, уже встроены как звуковой адаптер, так и сетевая карты, но для расширения возможностей можно их докупить.

Модемы, внутренние в виде платы и внешние в виде периферийного устройства, хоть и теряют свою популярность, но все же используются для подключения к интернету через телефонную линию. Более популярны в наши дни 3G/4G модемы использующие мобильное соединение.

Блок питания

Название говорит само за себя, его основной функцией является подача электрического тока всем внутренним составляющим компьютерного системного блока. Так как от его мощности зависит стабильность работы системы, следует отнестись к выбору с пониманием или даже сделать его приобретение с небольшим запасом, которое будет кстати, при дальнейшем апгрейде (модернизации) комплектующих системного блока.

Состав персонального компьютера и системного блока этими компонентами не ограничивается, конфигурацию можно расширить, или заменить комплектующие по мере необходимости, а грань между понимания этих терминов немного стала чётче.

Рисунок 2.1 Основные компоненты компьютера

«Общее устройство персонального компьютера»

 

Работа содержит сведения об общем устройстве компьютера и системного блока.

Целью работы является облегчение учащимся освоения устройства компьютера

В результате учащиеся должны знать:

·        основные компоненты персонального компьютера;

·        основные компоненты системного блока;

В результате учащиеся должны уметь:

·        определять компоненты компьютера и системного блока.

 

2.1 Общие сведения

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. ПК, благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя. Это прежде всего — «дружественные пользовательские интерфейсы», а также объектно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ.

Быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров Intel в сочетании с резким снижением цен на эти изделия, делают современные персональные компьютеры все более популярными.

2.2. Основные компоненты персонального компьютера.

Современный персональный компьютер состоит из следующих основных компонентов:

1.      Системный блок;

2.      Монитор служит для отображения текстовой и графической информации;

3.      Клавиатура – устройство ввода информации;

4.      Мышь – манипулятор – альтернативное устройство ввода информации.

На рисунке 2.1 показаны основные блоки персонального компьютера

 

Основной частью любого компьютера является системный блок, в котором находятся практически все основные устройства. К системному блоку подключаются основные устройства ввода-вывода информации – монитор, клавиатура, мышь.

Существует два вида компоновки системного блока – desktop и tower.

Компоновка desktop определяет горизонтальное расположение системного блока на рабочем столе (рисунок 2.2).

 

Рисунок 2.2 ПК с корпусом desktop.

Модели desktop бывают нескольких размеров и подразделяются на: full-size, baby-AT(АТХ) или slim-sized, однако все они имеют общий дизайн.

Модели tower (рисунок 2.3) располагаются в вертикальном положении и также подразделяются на несколько разновидностей: mini-tower, midsize-tower, full-tower и.т.д.

Рисунок 2.3 ПК с корпусом tower.

Модели tower имеют ряд преимуществ по сравнению с desktop – они занимают меньше мест

Пять основных компонентов компьютерной системы

Внутренний архитектурный дизайн компьютеров отличается от одной модели системы к другой. Однако базовая организация всех компьютерных систем остается неизменной. Следующие пять блоков (также называемые «Функциональные блоки» ) соответствуют пяти основным операциям, выполняемым всеми компьютерными системами.

Блок ввода

Данные и инструкции должны поступить в компьютерную систему, прежде чем какие-либо вычисления могут быть выполнены с предоставленными данными.Эту задачу выполняет блок ввода, который связывает внешнюю среду с компьютерной системой. Данные и инструкции вводят единицы ввода в формах, которые зависят от конкретного используемого устройства. Например, данные вводятся с клавиатуры так же, как при вводе текста, и это отличается от способа ввода данных с помощью мыши, которая является другим типом устройства ввода. Однако, независимо от формы, в которой они получают свои входные данные, все устройства ввода должны предоставлять компьютеру данные, которые преобразуются в двоичные коды, которые первичная память компьютера предназначена для приема.Это преобразование выполняется модулями, которые называются входными интерфейсами. Интерфейсы ввода разработаны таким образом, чтобы уникальные физические или электрические характеристики устройств ввода соответствовали требованиям компьютерной системы.

См. Также: Типы компьютеров по назначению

Вкратце, блок ввода выполняет следующие функции.

1. Он принимает (или читает) список инструкций и данных из внешнего мира.
2. Преобразует эти инструкции и данные в компьютерный формат.
3. Он передает преобразованные инструкции и данные в компьютерную систему для дальнейшей обработки.

Выходной блок

Работа блока вывода прямо противоположна работе блока ввода. Он поставлял информацию и результаты вычислений внешнему миру. Таким образом он связывает компьютер с внешней средой. Поскольку компьютеры работают с двоичным кодом, полученные результаты также имеют двоичную форму. Следовательно, прежде чем передавать результаты во внешний мир, они должны быть преобразованы в приемлемую для человека (читаемую) форму.Эта задача выполняется модулями, называемыми выходными интерфейсами.

Вкратце, блок вывода выполняет следующие функции.

1. Он принимает результаты, выдаваемые компьютером, которые имеют закодированную форму и поэтому не могут быть легко поняты для нас.
2. Преобразует эти закодированные результаты в приемлемую для человека (читаемую) форму.
3. Он предоставил преобразованные результаты во внешний мир.

Склад

Данные и инструкции, которые вводятся в компьютерную систему через блоки ввода, должны храниться внутри компьютера до начала фактической обработки.Точно так же результаты, полученные компьютером после обработки, также должны храниться где-то внутри компьютерной системы перед передачей на устройства вывода. Более того, промежуточные результаты, полученные компьютером, также должны быть сохранены для текущей обработки. Устройство хранения или первичное / основное запоминающее устройство компьютерной системы предназначено для выполнения всех этих задач. Он предоставляет место для хранения данных и инструкций, место для промежуточных результатов, а также место для окончательных результатов.

Вкратце, специфические функции блока хранения заключаются в хранении:

1. Все данные для обработки и инструкции, необходимые для обработки (полученные от устройств ввода).
2. Промежуточные результаты обработки.
3. Окончательные результаты обработки до передачи этих результатов на устройство вывода.

Центральный процессор (ЦП)

Основным блоком внутри компьютера является ЦП .Этот блок отвечает за все события внутри компьютера. Он контролирует все внутренние и внешние устройства, выполняет « Арифметические и логические операции» . Операции, которые выполняет микропроцессор, называются «набором команд» этого процессора. Набор инструкций «зашит» в ЦП и определяет машинный язык ЦП. Чем сложнее набор инструкций, тем медленнее работает процессор. Процессоры отличались друг от друга набором инструкций.Если одна и та же программа может работать на компьютерах двух разных производителей, они считаются совместимыми. Программы, написанные для IBM-совместимых компьютеров, не будут работать на компьютерах Apple, потому что эти две архитектуры несовместимы.

Блок управления и блок арифметики и логики компьютерной системы вместе известны как центральный процессор (ЦП). ЦП — это мозг любой компьютерной системы. В человеческом теле все основные решения принимаются мозгом, а другие части тела функционируют в соответствии с указаниями мозга.Точно так же в компьютерной системе все основные вычисления и сравнения выполняются внутри центрального процессора, и центральный процессор также отвечает за активацию и управление операциями других блоков компьютерной системы.

Арифметико-логический блок (ALU)

Арифметико-логический блок (АЛУ) компьютерной системы — это место, где происходит фактическое выполнение инструкций во время операций обработки. Все расчеты и все сравнения (решения) производятся в ALU .Данные и инструкции, хранящиеся в первичном хранилище до обработки, передаются по мере необходимости в ALU, где происходит обработка. В первичном хранилище обработка не производится. Промежуточные результаты, сгенерированные в ALU, временно передаются обратно в основное хранилище, пока они не потребуются в более позднее время. Таким образом, данные могут перемещаться из основного хранилища в ALU и обратно в качестве хранилища много раз, прежде чем обработка будет завершена. После завершения обработки окончательные результаты, которые хранятся в блоке хранения, передаются на устройство вывода.

Арифметико-логический блок (АЛУ) — это часть, в которой происходят фактические вычисления. Он состоит из схем, которые выполняют арифметические операции (например, сложение, вычитание, умножение, деление данных, полученных из памяти и способных сравнивать числа (меньше, равно или больше).

При выполнении этих операций ALU берет данные из временного хранилища внутри названных регистров CPU. Регистры — это группа ячеек, используемых для адресации памяти, манипулирования и обработки данных.Некоторые из регистров являются универсальными, а некоторые зарезервированы для определенных функций. Это высокоскоростная память, в которой хранятся только данные немедленной обработки и результаты этой обработки. Если эти результаты не нужны для следующей инструкции, они отправляются обратно в основную память, а регистры занимают новые данные, используемые в следующей инструкции.

Все действия в компьютерной системе состоят из тысяч отдельных шагов. Эти шаги должны выполняться в определенном порядке через фиксированные промежутки времени.Эти интервалы генерируются модулем синхронизации. Каждая операция внутри ЦП происходит в тактовом импульсе. Ни одна операция, какой бы простой она ни была, не может быть выполнена за меньшее время, чем это происходит между тактами этих часов. Но для некоторых операций требовалось более одного тактового импульса. Чем быстрее идут часы, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Более крупные системы работают еще быстрее. В старых системах тактовый блок находится вне микропроцессора и находится на отдельной микросхеме.В большинстве современных микропроцессоров часы обычно встроены в центральный процессор.

Блок управления

Как устройство ввода знает, что пора передать данные в блок хранения? Как ALU узнает, что следует делать с данными после их получения? И как получается, что на устройства вывода отправляются только окончательные результаты, а не промежуточные? Все это возможно благодаря блоку управления компьютерной системой.Выбирая, интерпретируя и наблюдая за выполнением программных инструкций, блок управления может поддерживать порядок и направлять работу всей системы. Хотя он не выполняет никакой фактической обработки данных, блок управления действует как центральная нервная система для других компонентов компьютера. Он управляет и координирует всю компьютерную систему. Он получает инструкции из программы, хранящейся в основной памяти, интерпретирует инструкции и выдает сигналы, которые заставляют другие блоки системы выполнять их.

Блок управления направляет и контролирует работу внутренних и внешних устройств. Он интерпретирует инструкции, загруженные в компьютер, определяет, какие данные, если таковые имеются, необходимы, где они хранятся, где хранить результаты операции, и отправляет управляющие сигналы устройствам, участвующим в выполнении инструкций.

Схема системного блока компьютера и комплектующих

Что такое компьютерная система? — Функция, компоненты и определение.

Системный блок компьютера — это корпус, в котором находятся основные компоненты компьютера.

Его также называют корпусом компьютера или корпусом Tower.

Определение

Типичный настольный компьютер состоит из системного блока компьютера, клавиатуры, мыши и монитора.

Системный блок компьютера — это корпус для всех других основных внутренних компонентов компьютера.

Его также называют корпусом компьютера, корпусом компьютера или компьютерной башней.

Корпуса обычно изготавливаются из стали или алюминия, но также можно использовать пластик. В то время как большинство компьютерных корпусов представляют собой довольно тусклые, черные металлические коробки, некоторые производители пытаются придать устройству немного изюминки с помощью цвета и специальных элементов дизайна.

Функции

Основная функция системного блока компьютера — удерживать вместе все другие компоненты и защищать чувствительные электронные части от внешних элементов.

Типичный компьютерный корпус также достаточно велик, чтобы его можно было производить апгрейдами, такими как добавление второго жесткого диска или видеокарты более высокого качества.

Относительно легко открыть системный блок компьютера для замены деталей и установки обновлений.

Напротив, открыть портативный компьютер, который не рассчитан на замену и модернизацию, довольно сложно.

В большинстве компьютерных системных блоков лицевая сторона содержит элементы, которые часто нужны пользователю, такие как кнопка питания, дисковод оптических дисков, аудиоразъем для пары наушников и ряд USB-разъемов.

На задней стороне находятся все остальные соединения — для питания, монитора, клавиатуры, мыши, подключения к Интернету и любых других периферийных устройств.

Обычно количество подключений превышает минимум, необходимый для расширения.

Внутри корпуса компьютера

Когда вы открываете корпус компьютера, сначала может быть трудно распознать различные компоненты, особенно все разные провода.

Однако, если вы присмотритесь, вы, вероятно, начнете узнавать ряд компонентов.

В этом конкретном примере материнская плата расположена вертикально, что довольно часто.

Одна сторона материнской платы доступна с задней стороны корпуса компьютера — сюда входят различные разъемы для устройств ввода и вывода, а также слоты расширения для дополнительных периферийных устройств.

На материнской плате также находится центральный процессор

(CPU), хотя его трудно увидеть.

Во избежание перегрева на ЦП часто ставят большой вентилятор. На материнской плате также находится основная память компьютера.

Схемы системного блока
Схемы системного блока
частей системного блока и их функций с изображениями
внешние части системного блока
схема компьютерной системы с этикеткой
схема компьютерной системы
основные части системного блока
черт. и обозначьте компьютерную систему
блок-схему компьютерной системы pdf
блок-схему компьютера и объясните ее различные части pdf

Что такое операционная система? »Сочетания клавиш на компьютере и их функции» Функциональные клавиши клавиатуры

Рассказы для детей — Моральные рассказы — Английские рассказы для детей — Моральные рассказы для детей — Рассказы для детей — Забавные рассказы для детей — Страшные истории для детей — Действительно забавные рассказы — Рассказы на ночь

Мощные мотивационные цитаты для студентов »Цитаты об успехе» Английские рассказы для детей

Работа бортпроводником и советы по карьере »Описание работы секретаря» Описание работы приемного »100 лучших вопросов и ответов на собеседовании» Как подготовиться к собеседованию » Как написать резюме »Как выбрать карьеру» Клавиши быстрого доступа к компьютеру и их функции

Стипендии

в Австралии »Стипендии в Бельгии» Стипендии в Канаде »Стипендии в Германии» Стипендии в Италии »Стипендии в Японии» Стипендии в Корее »Стипендии в Нидерланды »Стипендии в Великобритании» Стипендии в США

Что такое операционная Система? »Сочетания клавиш на компьютере и их функции» Функциональные клавиши клавиатуры

Рассказы для детей — Моральные рассказы — Английские рассказы для детей — Моральные рассказы для детей — Рассказы для детей — Забавные истории для детей — Страшные истории для детей — Действительно забавные рассказы — Рассказы на ночь

Мощные мотивационные цитаты для студентов »Цитаты об успехе» Английские рассказы для детей

Работа бортпроводником и советы по карьере »Описание работы секретаря» Описание работы приемного »100 лучших вопросов и ответов на собеседовании» Как подготовиться к собеседованию » Как написать резюме »Как выбрать карьеру» Сочетания клавиш на компьютере и их функции

Стипендии в Австралии

Сочетания клавиш на компьютере и их функции »Функциональные клавиши клавиатуры

Концепции и компоненты компьютерных систем

Концепция компьютерных систем.

Компьютер — это больше, чем набор мощных электронных устройств, выполняющих множество задач по обработке информации. Компьютер — это система, взаимосвязанная комбинация компонентов, которая выполняет основные системные функции ввода, обработки, вывода, хранения и управления, тем самым предоставляя конечным пользователям мощный инструмент обработки информации. Понимание компьютера как компьютерной системы жизненно важно для эффективного использования компьютеров и управления ими.

Компьютер — это система аппаратных устройств, организованная в соответствии со следующими функциями системы.

• Ввод. К устройствам ввода компьютерной системы относятся клавиатуры, сенсорные экраны, ручки, электронные мыши, оптические сканеры и так далее.
• Обработка. Центральный процессор (ЦП) является основным вычислительным компонентом компьютерной системы. (В микрокомпьютерах это главный микропроцессор.) В частности, электронные схемы арифметико-логического блока, одного из основных компонентов ЦП, выполняют арифметические и логические функции, необходимые для компьютерной обработки.
• Выход. Устройства вывода компьютерной системы включают блоки видеодисплея, принтеры, блоки звукового отклика и т. Д. Они преобразуют электронную информацию, созданную компьютерной системой, в понятную человеку форму для представления конечным пользователям.
• Хранилище. Функция хранения в компьютерной системе осуществляется в схемах хранения первичного запоминающего устройства компьютера, или памяти, и во вторичных запоминающих устройствах, таких как магнитные диски и ленточные накопители.Эти устройства хранят данные и программные инструкции, необходимые для обработки.
• Контроль. Блок управления ЦП — это управляющий компонент компьютерной системы. Его схемы интерпретируют инструкции компьютерной программы и передают указания другим компонентам компьютерной системы.

Центральный процессор.

Центральный процессор — самый важный аппаратный компонент компьютерной системы. Он также известен как ЦП, центральный процессор или процессор команд и главный микропроцессор в микрокомпьютере.Концептуально схему центрального процессора можно разделить на два основных блока: арифметико-логический блок и блок управления. ЦП также включает в себя схемы для таких устройств, как регистры и кэш-память для высокой скорости, временного хранения командных операций, ввода / вывода и поддержки телекоммуникаций.

Блок управления получает инструкции из программных сегментов, хранящихся в первичном запоминающем устройстве, и интерпретирует их. Затем он передает электронные сигналы другим компонентам компьютерной системы для выполнения необходимых операций.Арифметико-логический блок выполняет необходимые арифметические операции и операции сравнения. Компьютер может делать логические изменения от одного набора программных инструкций к другому (например, сверхурочные вычисления по сравнению с обычными вычислениями оплаты) на основе результатов сравнений, сделанных в ALU во время обработки.

Основная память и основной блок памяти.

Основное запоминающее устройство компьютера обычно называется основной памятью и хранит данные и программные инструкции между этапами обработки и передает их в блок управления и арифметико-логический блок во время обработки.Большая часть памяти компьютера состоит из микроэлектронных полупроводниковых микросхем памяти, известных как RAM (оперативная память). Содержимое этих микросхем памяти можно мгновенно изменить для хранения новых данных. Также могут использоваться другие, более постоянные микросхемы памяти, называемые ПЗУ (постоянная память).

Вторичное хранилище устройств, таких как магнитные диски и оптические диски, используются для хранения данных и программ и, таким образом, значительно увеличивают объем памяти компьютерной системы. Кроме того, поскольку схемы памяти обычно теряют свое содержимое при отключении электроэнергии, большинство вторичных носителей информации обеспечивают более постоянный тип хранения.Однако содержимое жестких дисков, гибких дисков, дисков CD-ROM и других вторичных носителей информации не может быть обработано без предварительного внесения в память. Таким образом, вторичные запоминающие устройства играют вспомогательную роль по отношению к первичному запоминающему устройству компьютерной системы.

Несколько процессоров.

Многие современные компьютеры, от микрокомпьютеров до больших мэйнфреймов, используют несколько процессоров для своих функций обработки. Вместо одного ЦП с одним блоком управления и арифметико-логическим блоком ЦП этих компьютеров содержат несколько типов блоков обработки.Давайте кратко рассмотрим основные типы таких многопроцессорных систем.

В конструкции вспомогательного процессора используются специализированные микропроцессоры, помогающие главному процессору выполнять различные функции. Эти микропроцессоры могут использоваться для ввода / вывода, управления памятью, арифметических вычислений, обработки мультимедиа и телекоммуникаций, тем самым освобождая главный процессор для выполнения основной работы по выполнению программных инструкций. нагрузка на их основные микропроцессоры.Большой компьютер может использовать поддерживающие микропроцессоры, называемые каналами, для управления перемещением данных между ЦП и устройствами ввода / вывода. Усовершенствованные конструкции микропроцессоров объединяют функции нескольких поддерживающих процессоров на одном основном микропроцессоре.

В схеме со связанными процессорами используются несколько процессоров или основных микропроцессоров для многопроцессорной обработки, то есть для одновременного выполнения нескольких инструкций. Некоторые конфигурации обеспечивают отказоустойчивость, при которой несколько процессоров обеспечивают встроенное резервное копирование друг друга в случае отказа одного из них.

В схеме с параллельным процессором используется группа командных процессоров для одновременного выполнения нескольких программных команд. Иногда сотни или тысячи процессоров организованы в кластеры или сети в компьютерах с массовой параллельной обработкой (MPP). Другие конструкции параллельных процессоров основаны на простых моделях человеческого мозга, называемых нейронными сетями. Все эти системы могут выполнять множество инструкций одновременно. Это серьезный отход от традиционной конструкции современных компьютеров, называемой конструкцией фон Неймана, при которой инструкции выполняются последовательно (по одной за раз).Несмотря на то, что их сложно программировать, многие эксперты считают системы параллельных процессоров ключом к обеспечению расширенных возможностей компьютеров будущих поколений.

Процессоры RISC . Многие современные технические рабочие станции и другие компьютеры используют процессор, называемый RISC (компьютер с сокращенным набором команд). Это контрастирует с большинством современных компьютеров, использующих процессоры CISC (компьютер со сложным набором команд). Процессоры RISC оптимизируют скорость обработки ЦП за счет использования меньшего набора команд.То есть они используют меньшее количество базовых машинных команд, которые процессор способен выполнять. Сохраняя набор команд проще, чем процессоры CISC, и используя более сложное программное обеспечение, процессор RISC может сократить время, необходимое для выполнения программных инструкций.

Скорость компьютерной обработки.

Рабочие скорости компьютера, которые ранее измерялись в миллисекундах (тысячах секунды) и микросекундах, (миллионные доли секунды) теперь находятся в диапазоне наносекунды (миллиардная доля секунды), с пикосекундами (триллионная часть секунды). в секунду) скорость, достигаемая некоторыми компьютерами.Такие скорости кажутся почти непонятными. Например, среднестатистический человек, делающий один шаг за наносекунду, облетит Землю более 20 раз за одну секунду. Многие микрокомпьютеры и компьютеры среднего уровня, а также большинство мэйнфреймов работают в наносекундном диапазоне и, таким образом, могут обрабатывать программные инструкции со скоростью миллион инструкций в секунду (MIPS). Другой показатель скорости обработки — мегагерцы (MHs), или миллионы циклов в секунду. Ее обычно называют тактовой частотой микропроцессора, так как она используется для оценки микропроцессоров по скорости их схем синхронизации или внутренних часов.

Тем не менее, мегагерцовые рейтинги могут вводить в заблуждение индикаторы эффективной скорости обработки микропроцессоров, измеренной в MIPS и других показателях. Это потому, что скорость обработки зависит от множества факторов, помимо тактовой частоты микропроцессора. Важные примеры включают размер цепей или шин, которые соединяют компоненты микропроцессора, емкость регистров обработки команд, использование высокоскоростных кешей памяти и использование специализированных микропроцессоров, таких как математический сопроцессор, для выполнения арифметических вычислений. Быстрее.Например, микропроцессор Intel Pentium работает на частоте от 66 до 200 МГц и рассчитан на скорость более 100 MIPS, а у микропроцессора Pentium Pro максимальная скорость обработки составляет более 200 MIPS при аналогичных мегагерцовых скоростях.

Компоненты операционных систем

• Домашняя страница

• Тестирование

  • • Назад
    • Agile-тестирование
    • BugZilla
    • Cucumber
    • Тестирование базы данных
    • ETL-тестирование
    • Jmeter
    • JIRA 9024 9024 9024
    • JUnit
    • LoadRunner
    • Ручное тестирование
    • Мобильное тестирование
    • Mantis
    • Почтальон
    • QTP
    • Назад
    • Центр качества (ALM)
    • RPA
    • SAP Testing
    • Selenium
    • Soap23 TestUI Управление
    • TestLink

• SAP

  • • Назад
    • ABAP 90 024
    • APO
    • Начинающий
    • Basis
    • BODS
    • BI
    • BPC
    • CO
    • Назад
    • CRM
    • Crystal Reports
    • FICO
    • HANA
    • HR
    • MM
    • QM Заработная плата
    • Назад
    • PI / PO
    • PP
    • SD
    • SAPUI5
    • Безопасность
    • Менеджер решений
    • Successfactors
    • Учебники SAP

• Интернет

  • • Apache
    • AngularJS
    • ASP.Net
    • C
    • C #
    • C ++
    • CodeIgniter
    • СУБД
    • JavaScript
    • Назад
    • Java
    • JSP
    • Kotlin
    • Linux
    • MariaDB
    • MS Access
    • MYSQL
    • Node. js
    • Perl
    • Назад
    • PHP
    • PL / SQL
    • PostgreSQL
    • Python
    • ReactJS
    • Ruby & Rails
    • Scala
    • SQL
    • SQLite
    • Назад
    • SQL Server
    • UML
    • VB.Net
    • VBScript
    • Веб-службы
    • WPF

• Обязательно изучите!

  • • Назад
    • Бухгалтерский учет
    • Алгоритмы
    • Android
    • Блокчейн
    • Бизнес-аналитик
    • Создание веб-сайта
    • Облачные вычисления
    • COBOL
    • Дизайн компилятора
    • Назад

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Унаследованные от более ранних разработок, такие как разностный двигатель Бэббиджа и системы перфокарт мэйнфреймов 1970-х годов, оказывают значительное влияние на сегодняшние компьютерные системы.В моей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсуждал несколько предшественников современного компьютера и перечислял характеристики, которые определяют то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я обсуждаю центральный процессор (ЦП), включая его компоненты и функции. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочтите ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП в современных компьютерах — это воплощение «мельницы» в разностной машине Бэббиджа.Термин центральный процессор возник еще в глубине компьютерного времени, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных команд машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку любых подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами по себе обладают значительной вычислительной мощностью и выгружают некоторые задачи обработки с ЦП.Это освобождает ЦП от задач ввода / вывода, так что его мощность направляется на выполнение основной задачи.

Ранние компьютеры имели только один процессор и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин CPU, но теперь он относится к пакету процессоров на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессора Intel.

Рис. 1. Процессор Intel Core i5 (Джуд МакКрэни через Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что посмотреть, кроме самого процессора.Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор (ы), запечатанный внутри металлического контейнера и установленный на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо процессора на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. К процессору присоединяется кулер ЦП. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому выбор правильной упаковки, подходящей для разъема материнской платы, очень важен, если вы собираете свои собственные компьютеры.

Как работает ЦП

Рассмотрим процессор подробнее.На рисунке 2 представлена ​​концептуальная схема гипотетического ЦП, чтобы вам было легче визуализировать компоненты. ОЗУ и системные часы затенены, потому что они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, не предусмотрены никакие связи между часами ЦП и блоком управления с компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы от часов и блока управления являются неотъемлемой частью всех остальных компонентов.

Рисунок 2: Упрощенная концептуальная схема типичного ЦП.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, но не слишком сложна.

Арифметико-логический блок

Арифметико-логический блок (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые являются работой компьютера. Регистры A и B хранят входные данные, а накопитель получает результат операции.Регистр команд содержит команду, которую ALU должен выполнить.

Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. ALU выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, сравниваемые данные помещаются во входные регистры . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое аккумулятора затем помещается в место кэша, зарезервированное программой для результата.

ALU выполняет еще один тип операции. Результатом является адрес в памяти, который используется для вычисления нового местоположения в памяти для начала загрузки инструкций. Результат помещается в регистр указателя команд .

Регистр команд и указатель

Указатель команд указывает место в памяти, содержащее следующую команду, которая должна быть выполнена ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из области памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки команды в регистр команд указатель регистра команд увеличивается на один адрес команды. Приращение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда напрямую не обращается к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько уровней кэш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные в ЦП. Причины этого выходят за рамки данной статьи, но я рассмотрю их подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к ЦП, поскольку находится на микросхеме процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции для предотвращения ожидания ЦП данных, которые будут извлечены из ОЗУ. Когда ЦП нужны данные — а программные инструкции также считаются данными — кэш определяет, находятся ли уже данные в постоянном месте, и предоставляет их ЦП.

Если запрошенных данных нет в кэше, они извлекаются из ОЗУ и используют алгоритмы прогнозирования для перемещения дополнительных данных из ОЗУ в кэш.Контроллер кеша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из ОЗУ. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой процессор имеет три уровня кеш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования, какие данные и программные инструкции потребуются дальше, перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо.Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш-память уровня 1 находится ближе всего к ЦП. В нашем CPU есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — это кэш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (RAM) и ЦП.Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Тактовая частота ЦП и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной работы. Блок управления выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с использованием сигналов синхронизации, которые распространяются по всему ЦП.

Оперативная память (RAM)

Хотя оперативная память или оперативная память показана на этой и следующей диаграммах, на самом деле она не является частью ЦП. Его функция — хранить программы и данные, чтобы они были готовы к использованию, когда они понадобятся ЦП.

Как это работает

ЦП

работают в цикле, который управляется блоком управления и синхронизируется часами ЦП. Этот цикл называется циклом команд ЦП , и он состоит из серии компонентов выборки / декодирования / выполнения.Команда, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, выбирается и помещается в регистр команд. Инструкция декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Команда выполняется с использованием регистров A и B, а результат записывается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкции на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл команд ЦП выглядит так.

Рисунок 3: Основной цикл команд ЦП.

Жажда скорости

Хотя основной ЦП работает хорошо, ЦП, работающие в этом простом цикле, можно использовать еще более эффективно. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и здесь мы рассмотрим две из них.

Повышение уровня командного цикла

Одной из проблем, с которыми столкнулись первые разработчики ЦП, была потеря времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности ЦП было перекрытие частей цикла команд ЦП для более полного использования различных частей ЦП.

Например, когда текущая инструкция была декодирована, следующая выбирается и помещается в регистр команд. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Цикл команд ЦП с перекрытием.

Такая конструкция выглядит красиво и гладко, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие нужных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU нашел нужные и переместил их в ЦП, а это может занять некоторое время.Для выполнения некоторых инструкций требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.

Гиперпоточность

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — Hyperthreading . Гиперпоточность заставляет одно ядро ​​процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя команд и регистра команд к нашему гипотетическому процессору, как показано на рисунке 5, заставляет его функционировать как два процессора, выполняя два отдельных потока команд в течение каждого цикла команд.Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных — опять же, инструкции также являются данными — второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум процессорам по способности обрабатывать инструкции.

Рисунок 5: Концептуальная диаграмма ЦП с гиперпоточностью.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность намного сложнее.

Дополнительная терминология

Я встречал много разной терминологии процессора.Чтобы определить терминологию более подробно, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .

  [root @ hornet ~] # lscpu
Архитектура: x86_64
Операционные режимы ЦП: 32-бит, 64-бит
Порядок байтов: Little Endian
Размеры адресов: 39 бит физических, 48 виртуальных
ЦП: 12
Он-лайн список ЦП (ов): 0-11
Потоков на ядро: 2
Ядра на сокет: 6
Розетка (и): 1
NUMA узлов: 1
ID поставщика: GenuineIntel
Семейство процессоров: 6
Модель: 158
Название модели: Intel (R) Core (TM) i7-8700 CPU @ 3.20 ГГц
Шаг: 10
Процессор МГц: 4300.003
Максимальная частота процессора: 4600.0000
CPU min MHz: 800.0000
BogoMIPS: 6399,96
Виртуализация: VT-x
Кэш L1d: 192 КБ
Кэш L1i: 192 Кбайт
Кэш L2: 1,5 МБ
Кэш L3: 12 МБ
NUMA node0 ЦП: 0-11
  

Показанный выше процессор Intel представляет собой корпус, который подключается к единственному разъему на материнской плате.Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро ​​поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.

Мои определения:

• Ядро — Ядро — это наименьшее физическое устройство, способное выполнять задачу обработки. Он содержит один ALU и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и вспомогательных схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер можно объединить в единый физический пакет.
• CPU — логическая аппаратная единица, способная обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые пакет процессора может выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае процессор и ядро ​​являются синонимами. Гиперпоточный процессор с одним ядром является функциональным эквивалентом двух ЦП. Гиперпоточный процессор с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.
• Package — физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рисунке 1 выше.
• Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает программные инструкции для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
• Socket — иногда используется как еще один синоним пакета, но это более точно относится к физическому сокету на материнской плате, в который вставлен пакет процессора.

Термины socket , processor и package часто используются как синонимы, что может вызвать некоторую путаницу.Как видно из результатов команды lscpu выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю ее авторитетным источником. В действительности мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент, это действительно важно.

Обратите внимание, что у процессора выше есть два кэша уровня 1 по 512 КБ каждый, один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу за счет разделения инструкций и данных на этом этапе.Кеши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. Когда-то на заре мэйнфреймов на каждом компьютере был только один ЦП, и он не мог одновременно запускать более одной программы. На мэйнфрейме может выполняться расчет заработной платы, затем учет запасов, выставление счетов клиентам и т. Д., Но одновременно может работать только одно приложение. Каждая программа должна была заканчиваться до того, как системный оператор мог начать следующую.

Некоторые ранние попытки одновременного запуска нескольких программ основывались на простом подходе и были нацелены на лучшее использование одного процессора. Например, были загружены program1 и program2 , а program1 выполнялись до тех пор, пока не были заблокированы в ожидании выполнения ввода-вывода. В этот момент program2 работала, пока не была заблокирована. Такой подход получил название многопроцессорной обработки и помог полностью использовать драгоценное компьютерное время.

Ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного ЦП между потоками выполнения нескольких задач.Эта практика не является настоящей многозадачностью в нашем понимании, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Это более правильно называется разделением времени.

Современные компьютеры, от умных часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с несколькими процессорами. Использование нескольких процессоров позволяет компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои собственные функции одновременно со всеми другими ЦП. Восьмиядерный процессор с гиперпоточностью (т.е.е., 16 ЦП) могут одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я почти не касался функциональности процессора. Вы можете узнать больше, перейдя по встроенным ссылкам на изученные нами темы.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не отражают реальный процессор.

В следующей части этой серии я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как различные типы хранилищ и объясню, почему каждый из них необходим для современных компьютеров.

[Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]

Функциональные компоненты компьютера

Функциональные компоненты компьютера

Компьютер: Компьютер представляет собой комбинацию аппаратных и программных ресурсов, которые объединяются вместе и предоставляют пользователю различные функции. Аппаратное обеспечение — это физические компоненты компьютера, такие как процессор, устройства памяти, монитор, клавиатура и т. Д.а программное обеспечение — это набор программ или инструкций, которые требуются аппаратным ресурсам для правильной работы.
Есть несколько основных компонентов, которые помогают рабочему циклу компьютера, то есть цикл ввода-процесса-вывода, и они называются функциональными компонентами компьютера. Ему нужны определенные входные данные, которые обрабатываются и производят желаемый результат. Блок ввода принимает ввод, центральный процессор выполняет обработку данных, а блок вывода производит вывод.Блок памяти хранит данные и инструкции во время обработки.

Цифровой компьютер: Цифровой компьютер можно определить как программируемую машину, которая считывает двоичные данные, передаваемые в виде инструкций, обрабатывает эти двоичные данные и отображает вычисленный цифровой выход. Следовательно, цифровые компьютеры — это те, которые работают с цифровыми данными.

Подробная информация о функциональных компонентах цифрового компьютера

• Блок ввода: Блок ввода состоит из устройств ввода, подключенных к компьютеру.Эти устройства принимают ввод и преобразуют его в двоичный язык, понятный компьютеру. Некоторые из распространенных устройств ввода — это клавиатура, мышь, джойстик, сканер и т. Д.
• Центральный процессор (ЦП): После того, как информация вводится в компьютер устройством ввода, процессор обрабатывает ее. ЦП называют мозгом компьютера, потому что это центр управления компьютером. Сначала он извлекает инструкции из памяти, а затем интерпретирует их, чтобы знать, что делать.При необходимости данные извлекаются из памяти или устройства ввода. После этого ЦП выполняет или выполняет необходимые вычисления, а затем либо сохраняет вывод, либо отображает на устройстве вывода. ЦП имеет три основных компонента, которые отвечают за различные функции — арифметико-логический блок (ALU), блок управления (CU) и регистры памяти
.
• Арифметико-логический блок (ALU): ALU, как следует из названия, выполняет математические вычисления и принимает логические решения. Арифметические вычисления включают сложение, вычитание, умножение и деление.Логические решения включают сравнение двух элементов данных, чтобы увидеть, какой из них больше, меньше или равен.
• Блок управления: Блок управления координирует и контролирует поток данных в ЦП и из него, а также контролирует все операции ALU, регистров памяти, а также блоков ввода / вывода. Он также отвечает за выполнение всех инструкций, хранящихся в программе. Он декодирует выбранную инструкцию, интерпретирует ее и отправляет управляющие сигналы на устройства ввода / вывода до тех пор, пока требуемая операция не будет правильно выполнена ALU и памятью.
• Регистры памяти: Регистр — это временная единица памяти в ЦП. Они используются для хранения данных, которые напрямую используются процессором. Регистры могут быть разного размера (16 бит, 32 бит, 64 бит и т. Д.), И каждый регистр внутри ЦП имеет определенную функцию, такую ​​как хранение данных, хранение инструкций, сохранение адреса места в памяти и т. Д. Пользовательские регистры могут может использоваться программистом на ассемблере для хранения операндов, промежуточных результатов и т. д.Аккумулятор (ACC) — это главный регистр в ALU, который содержит один из операндов операции, выполняемой в ALU.
• Память: Память, подключенная к ЦП, используется для хранения данных и инструкций и называется внутренней памятью. Внутренняя память разделена на множество ячеек, каждая из которых может хранить данные или инструкции. Каждая ячейка памяти имеет одинаковый размер и адрес. С помощью адреса компьютер может легко прочитать любую ячейку памяти без необходимости поиска во всей памяти.когда программа выполняется, ее данные копируются во внутреннюю память и сохраняются в памяти до конца выполнения. Внутренняя память также называется основной памятью или основной памятью. Эта память также называется RAM, то есть памятью с произвольным доступом. Время доступа к данным не зависит от их расположения в памяти, поэтому эту память также называют памятью с произвольным доступом (RAM). Прочтите это для разных типов RAM
• Блок вывода: Блок вывода состоит из устройств вывода, подключенных к компьютеру.Он преобразует двоичные данные, поступающие от процессора, в понятную человеку форму. Обычными устройствами вывода являются монитор, принтер, плоттер и т. Д.

Взаимосвязь между функциональными компонентами

Компьютер состоит из блока ввода, который принимает ввод, ЦП, который обрабатывает ввод, и блока вывода, который производит вывод. Все эти устройства общаются друг с другом через общую шину. Шина — это путь передачи, состоящий из набора проводников, по которым данные или информация в форме электрических сигналов передаются от одного компонента к другому в компьютере.Шина может быть трех типов — адресная шина, шина данных и шина управления.

На следующем рисунке показано подключение различных функциональных компонентов:

Адресная шина передает адресную позицию данных или инструкции.