Какое устройство компьютера выполняет большую часть вычислений

Компьютер изнутри

Здравствуйте уважаемые посетители блога useroff.com. Сегодня поговорим об устройствах компьютера, или как обычно говорят «железках», которые можно найти в системном блоке компьютера. Таким образом, вы поймете, из чего состоит компьютер. Аппаратное устройство компьютера или как модно говорить «железо», остается тайной даже для многих опытных пользователей. В данной статье расскажу про аппаратные устройства, тем самым восполним пробел, конечно если он у вас есть , а если вы с ними знакомы, то освежим немного память.

В первую очередь разделим то, что принято называть «компьютер» на две группы:

Системный блок. Это тот самый большой (или не очень большой) ящик, к которому все подключено.
Периферийные устройства. О периферийных устройствах можете почитать в моей статье «Периферийные устройства» Это все остальные устройства, которые помогают работать с компьютером. Их главная особенность – они находятся вне системного блока и подключены к нему снаружи.

Функции CPU

Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:

получает данные из оперативной памяти, выполняет с ними арифметические и логические операции, передаёт их на внешние устройства,
формирует сигналы, необходимые для работы внутренних узлов и внешних устройств,
временно хранит результаты выполненных операций, переданных сигналов и других данных,
принимает запросы от внешних устройств и обрабатывает их.

Материнская плата

Материнская плата является самой большой в системном блоке печатной платой, на которую устанавливаются все основные узлы компьютера (CPU, ОЗУ, видеокарта), также она имеет разъемы для подключения жесткого диска и дисководов, а также шлейфов портов USB и разъемы, выходящие на заднюю панель корпуса. Материнская плата выполняет согласование работы всех устройств компьютера.

Память микропроцессора

Знакомство с подробностями, касающимися компьютерной памяти и ее иерархии помогут лучше понять содержание этого раздела.

Выше мы писали о шинах (адресной и данных), а также о каналах чтения (RD) и записи (WR). Эти шины и каналы соединены с памятью: оперативной (ОЗУ, RAM) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ, ROM). В нашем примере рассматривается микропроцессор, ширина каждой из шин которого составляет 8 бит. Это значит, что он способен выполнять адресацию 256 байт (два в восьмой степени). В один момент времени он может считывать из памяти или записывать в нее 8 бит данных. Предположим, что этот простой микропроцессор располагает 128 байтами ПЗУ (начиная с адреса 0) или 128 байтами оперативной памяти (начиная с адреса 128).

Модуль постоянной памяти содержит определенный предварительно установленный постоянный набор байт. Адресная шина запрашивает у ПЗУ определенный байт, который следует передать шине данных. Когда канал чтения (RD) меняет свое состояние, модуль ПЗУ предоставляет запрошенный байт шине данных. То есть в данном случае возможно только чтение данных.

Из оперативной памяти процессор может не только считывать информацию, он способен также записывать в нее данные. В зависимости от того, чтение или запись осуществляется, сигнал поступает либо через канал чтения (RD), либо через канал записи (WR). К сожалению, оперативная память энергозависима. При отключении питания она теряет все размещенные в ней данные. По этой причине компьютеру необходимо энергонезависимое постоянное запоминающее устройство.

Более того, теоретически компьютер может обойтись и вовсе без оперативной памяти. Многие микроконтроллеры позволяют размещать необходимые байты данных непосредственно в чип процессора. Но без ПЗУ обойтись невозможно. В персональных компьютерах ПЗУ называется базовой системой ввода и вывода (БСВВ, BIOS, Basic Input/Output System). Свою работу при запуске микропроцессор начинает с выполнения команд, найденных им в BIOS.

Команды BIOS выполняют тестирование аппаратного обеспечения компьютера, а затем они обращаются к жесткому диску и выбирают загрузочный сектор. Этот загрузочный сектор является отдельной небольшой программой, которую BIOS сначала считывает с диска, а затем размещает в оперативной памяти. После этого микропроцессор начинает выполнять команды расположенного в ОЗУ загрузочного сектора. Программа загрузочного сектора сообщает микропроцессору о том, какие данные (предназначенные для последующего выполнения процессором) следует дополнительно переместить с жесткого диска в оперативную память. Именно так происходит процесс загрузки процессором операционной системы.

Дополнительные устройства компьютера

Всё, о чём я выше рассказал необходимо для работы системного блока, а теперь давайте рассмотрим дополнительные устройства компьютера, которые расширяют его возможности и добавляют функционал.

Внешний жесткий диск

В отличие от HDD, внешний жесткий диск переносной. Если HDD и SSD нужно установить в корпус и закрепить его там, то внешний подключается всего одним USB проводом. Это очень удобно на все случаи жизни, которые не имеет смысла описывать. Внешний HDD это как флешка, только с большим количеством памяти.

Источник бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания. Что это и почему его так необходимо использовать?

Абсолютно каждый компьютер боится перепадов напряжения, я бы даже сказал больше чем какая-либо другая техника. Источник бесперебойного питания обеспечит стабильное напряжение и убережёт ваш БП от скачков.

Напряжение может прыгать по разным причинам, и не всегда это заметно. Например, если у вас слабая проводка, то во время включения другой техники в доме напряжение может прыгнуть. Или же у соседей что-то мощное… В общем, я настоятельно рекомендую всем использовать безперебойник.

ТВ тюнер

А так же, как смотреть ТВ на ПК без ТВ тюнера

ТВ тюнер – это специальная микросхема, которая позволяет смотреть ТВ на компьютере. Тут скорее, как и в случае с дисководом – ещё работает, но уже не актуально. Чтоб смотреть ТВ на компьютере, не обязательно вставлять специальные платы, у нас теперь есть IPTV и в моем блоге есть целый раздел, посвященный этой теме.

Материнская плата

Материнская плата — самая большая микросхема ПК. Она отвечает за интеграцию различных аппаратных компонентов компьютера. На ней располагаются процессор, жесткий диск, оперативная память, аудио- и видеокарты, сетевые адаптеры. В ее же структуре — основные разъемы, к которым присоединяются внешние аксессуары ПК. Материнская плата, так же как и процессор, имеет показатель быстродействия, выражаемый в частоте. Как правило, соответствующий параметр для данного типа аппаратных компонентов, предполагает цифры скромнее, чем для процессоров, и он фиксируется не в гигагерцах, а в мегагерцах. Но бывают исключения. Есть высокопроизводительные материнские платы, которые функционируют на частоте, выражаемой как раз таки в гигагерцах.

Оперативная память ПК, или ОЗУ, — это набор микросхем, в которых осуществляется временное размещение цифровых данных в ходе вычислительных процессов. Соответствующий ресурс, как правило, задействует процессор. Другие важные функции памяти компьютера — содействие обеспечению быстрого обмена данными между компьютерами, а также создание особой аппаратной среды для загрузки программ. Тот или иной вид ПО может запуститься, только если в ПК есть свободная оперативная память.

Функции памяти компьютера

Основной показатель производительности ОЗУ — объем. Чем он больше, тем более значительные по величине массивы информации можно размещать в оперативной памяти. Другой показатель производительности соответствующего аппаратного компонента, как и в случае с процессором или материнской платой, — частота. Чем она выше, тем быстрее функционирует память. Еще один важный показатель производительности ОЗУ — пропускная способность. Она отражает то, какой объем файлов может быть обработан в микросхеме за установленный промежуток времени. Чем он больше, тем соответствующий аппаратный компонент работает быстрее. Пропускная способность оперативной памяти, так же как и других устройств, для которых свойственна данная характеристика, выражается в мегабитах в секунду, а для высокопроизводительных моделей — в гигабитах в секунду. Термин «пропускная способность» имеет ряд синонимов — например, «скорость канала» (или «шины», «слота», «порта»).

Можно отметить, что процессор, материнская плата и оперативная память — устройства, которые в определяющей степени отвечают за то, насколько быстро будет работать ПК и насколько качественно будут выполняться основные функции компьютера. Если показатели производительности соответствующих аппаратных компонентов низкие, то добиться повышения скорости работы ПК за счет других устройств, входящих в его структуру, сложно. Однако они и их свойства также важны с точки зрения реализации необходимых функций ПК. Рассмотрим специфику данных компонентов.

Вопросы и задания

1. Расскажите о смене элементной базы компьютеров, происходившей при переходе от одного поколения к другому. Как при этом менялись основные характеристики ЭВМ?

2. В чем состоял отход от архитектуры фон Неймана на ЭВМ второго и третьего поколений?

3. Что позволило реализовать мультипрограммный режим работы на ЭВМ третьего поколения?

4. Чем принципиально отличается архитектура ПК от классической архитектуры компьютеров первых поколений?

5. Какие функции выполняют контроллеры внешних устройств на ПК?

6. В чем состоит принцип открытости архитектуры ПК?

7. Какие функции выполняли первые операционные системы?

8. Для каких классов задач нужны сверхпроизводительные вычислительные системы?

9. Что такое параллельные вычисления?

10. Для примера со сложением чисел 25 учениками попробуйте проанализировать следующие ситуации: в классе всего 1 кусочек мела; в классе 5 кусочков мела; в классе 25 кусочков мела. Оцените, как от этого зависит время решения задачи (учтите еще ширину доски и время перемещения учеников по классу). Попробуйте построить модель такого процесса. Переведите эту ситуацию на язык компьютерной терминологии для многопроцессорных систем.

11. Чем отличаются мультикомпьютерные системы от мультипроцессорных? По какому принципу работают суперкомпьютеры?

Что такое персональный компьютер

Компьютеры – это электронно-вычислительные машины, которые выполняют задания или вычисления в соответствии с набором инструкций, или программ. Первые полностью электронные компьютеры, созданные в 1940-х годах, были огромные, их обслуживало много людей. По сравнению с теми ранними машинами, сегодняшние компьютеры – это просто чудо. Они не только в тысячи раз быстрее, но и несравненно компактнее: могут поместиться на вашем столе, на коленях или даже в кармане.

Компьютеры работают при взаимосвязи оборудования и программного обеспечения. Оборудованием называют видимые и материальные составляющие компьютера, включающие корпус и всё его содержимое. Важнейшей устройство в оборудовании – это маленькая прямоугольная микросхема внутри компьютера, которая называется центральный процессор или микропроцессор. Это «мозг» компьютера – часть, которая интерпретирует команды и выполняет вычисления. Компоненты оборудования, такие как монитор, клавиатура, мышь, принтер и другие, часто называют устройствами.

Программным обеспечением называются команды, или программы, которые указывают оборудованию, что делать. Например, один из типов программного обеспечения – текстовый редактор, с помощью которого на компьютере можно писать письма. Операционная система – это программное обеспечение, которое управляет компьютером и подключенными к нему устройствами. Windows – широко-используемая операционная система.

ЭНИАК

Разработанный в 1946 ЭНИАК (Электронный числовой интегратор и вычислитель) был первым электронным компьютером общего назначения. Он был построен для армии Соединенных Штатов, чтобы вычислять траектории артиллерийских снарядов.

ЭНИАК был огромным по размерам, весил более 27 000 килограммов и заполнял большую комнату. Для обработки данных ЭНИАК использовал около 18 000 электронных ламп, каждая размером с обычную лампочку. Лампы быстро перегорали, и их постоянно нужно было заменять.

Система охлаждения

Система охлаждения – это система из вентиляторов, которая служит для отвода теплого воздуха с компонентов системного блока и подачи холодного воздуха из внешней среды.

Возможно вам так же будет интересно: