AOM / Мельник А

1.4.1. Персональні комп'ютери

Персональні комп'ютери (ПК) з'явилися в результаті еволюції мінікомп'ютерів при переході елементної бази з малим і середнім ступенем інтеграції на великі і надвеликі інтегральні схеми. ПК, завдяки низькій вартості, дуже швидко завоювали тверді позиції на комп'ютерному ринку і створили передумови для розробки нових програмних засобів, що орієнтувалися на кінцевого користувача. Це, передусім, дружні по відношенню до користувача інтерфейси, а також проблемно-орієнтовані середовища і інструментальні засоби для автоматизації розробки прикладних програм.

Персональні комп'ютери класифікуються за їх розмірами та конструктивним виконанням наступним чином:

Настільні комп'ютери (desktopcomputers).До складу настільного комп'ютера входить системний блок (в якому розміщена материнська плата, центральний процесор, основна пам'ять, карта розширення, блок живлення і т. д.), дисплей, клавіатура, мишка. В системний блок також вбудовані драйвер оптичного диску і зовнішня дискова пам'ять. Настільні комп'ютери призначені для офісного використання.
Лаптопи чи ноутбуки (laptop or notebooks). Це близькі за характеристиками до настільного ПК, але конструктивно виконані в придатному для перенесення виконанні.

Персональні цифрові асистенти (Personal digital assistants). Це кишенькові ПК, спеціально створені як персональні асистенти людини. Вони надають наступний сервіс: годинник, комп'ютерні ігри, доступ до мережі Інтернет, електронна пошта, записна книжка, адресна книжка, мобільний телефон, медіа плеєр та інше.
Смартфони. Це мобільні телефони, які мають вбудовану операційну систему та можливості вище описаних персональних цифрових асистентів.

Портативні комп'ютери (Portablecomputers).Це ПК типу настільних, але виконані в придатному для перенесення та роботи в не офісних умовах конструктивному виконанні.
Переносимі комп'ютери (Wearable computers). Це комп'ютери, які надають інформаційні послуги людині під час її руху в навколишньому середовищі. До переносимих ПК належать, зокрема, комп'ютери для моніторингу стану людини.

На рис. 1.12 наведено зовнішній вигляд ряду серійних персональних комп'ютерів: персональний цифровий асистент pulmone Tursten T5 (рис. 1.12а), мобільний ПК французької армії (рис. 1.12b), переносимий комп'ютер VAIO VGN-UX50 фірми Sony (рис. 1.12с), планшетний ПК фірми Hewlett Pascard (рис. 1.12d).

Потрібно відзначити, що названі вище типи персональних комп'ютерів в даний час активно розвиваються та вдосконалюються, тому як термінологія так і сфера їх застосування ще не є чітко встановленими.

В якості прикладу розглянемо значення характеристик реального персонального комп'ютера. На рис. 1.13 наведено зовнішній вигляд, а в табл. 1.1 технічні характеристики, взяті з однієї із типових реклам комп'ютера, а саме мультимедійного ноутбука VAIOAR11RS.Зрозуміло, що без знання наведеної в рекламі термінології важко вибрати та купити комп'ютер з потрібними характеристиками.

Рис. 1.13. Зовнішній вигляд комп'ютера Sony VAIO AR11 RS

	Таблиця 1.1
Процесор	Intel Centrino Core Duo T2500: два ядра; тактова частота 2000 МГц; FSB667 МГц
Пам'ять	Встановлено 1024 Мбайтів пам'яті DDR 2-533
Кеш пам'ять	2x32KB LI cache, 2048КБ L2 cache
Жорсткий диск	Два вінчестери ємністю по 100 ГБ кожний. Швидкість обертання 5400 об/хв. 8 МБ cache
Порти введення-виведення	3 порти USB2.0; по одному порту: IEEE1394 (і.LINK,FireWire);IrDA(інфрачервоний порт); PCMCIATypeII;ExpressCard\|54;SecureDigital(SD/MMC);MemoryStick(MS/MSPro/MSDuo/MSProDuo)- адаптер до карт пам'яті; VGA(вихід на зовнішній монітор); HDMI(HighDefinitionMultimediaInterface);S-Videoout(аналоговий відеовихід); S-Videoin(аналоговий відеовхід); RJ-11(модем); RJ-45(мережа); оптичний S/PDIF;вихід на навушники; лінійний вхід; вхід для мікрофона
Комунікації	Адаптер локальної мережі 10/100 Мбіт/с; Адаптер бездротової мережі 802.11 a/b/g;Модуль Bluetooth2.0 + EDR;Модем V.90, 56k
Екран	Діагональ 17 дюймів. Формат 16:9. Роздільна здатність WUXGA(1920 х 1200). Технологія X-black. Багатошарове антиблікове покриття
Відео система	NVIDIAGoForceGo7600 GT256 МБ власної відеопам'яті
Оптичний привід	Оптичний привід для двошарових дисків Blu-rayDisc.Запис дисків BD-R/BD-RE
Аудіо	Intel High Definition Audio. Вбудовані стерео динаміки та мікрофон
Пристрої введення	Клавіатура. Сенсорна панель (touchpad)
Додаткові пристрої	Вбудовані ТВ-тюнер та веб-камера VGA(640x480)
Електроживлення	Літій-іонна батарея (VGP-BPS2C).Час автономної роботи до 120 хвилин
Розміри	416x299,5x33,5 мм
Вага	3,8 кг
Гарантія	12 місяців
Операційна система	Microsoft Windows XP Media Center Edition
Ціна	S3000

Як бачимо, характеристики функціональних вузлів комп ютера оцінюються в мільйонах, мільярдах, трильйонах чи трильярдах деяких одиниць, або в їх мільйонних, мільярдних, трильйонних та трильярдних частках. Для спрощення запису цих характеристик використовуються відповідні префікси. В таблиці 1.2 наведено префікси до одиниць вимірювання великорозмірних та малорозмірних характеристик функціональних вузлів комп'ютера кирилицею та латинськими буквами.

					Таблиця 1.2
Назва префікса	Позначення префікса	Назва на латині	Позначення на латині	Значення префікса, виражене через степінь двох	Близьке значення, виражене через степінь десяти
		Великорозмірні характеристики
Кіло	К	Kilo	K	2¹⁰	1 тисяча =10³
Мега	М	Mega .	М	2²⁰	1 мільйон = 10⁶
Гіга	г	Giga	G	2³⁰	1 мільярд = 10⁹
Тера	т	Tera	Т	2⁴⁰	1 трильйон = 10¹²
Пета	п	Peta	Р	2⁵⁰	1 трильярд = 10¹⁵
		Малорозмірні		характеристики
Мілі	м	Milli	m	2^-10	1 тисячна = 10^-3
Мікро	мк	Micro		2^-20	1 мільйонна =10^-6
Нано	н	Nano	n	2^-30	1 мільярдна = 10^-9
Піко	п	Pico	Р	2^-40	1 трильйонна = 10^-12
Фенто	Ф	Fento	f	2^-50	1 трильярдна = 10^-15

Наведені в таблиці 1.2 префікси використовуються для вираження відповідної додатної або від'ємної степені 10. Як буде видно далі, в комп'ютерах, які працюють в двійковій системі числення, значна частина характеристик вимірюється в одиницях, кратних степені 2. Але оскільки люди вже звикли до цих префіксів, їх же використовують і для вираження відповідної степені 2 чисел, близьких степені 10. Наприклад, ємність 1 КБ (кілобайт) означає 1024 байти, оскільки значення 210 = 1024 є близьким до 1000. В останньому стовпчику таблиці 1.2 наведено значення степені 10 для близьких значень степені 2.

Разом з тим, необхідно зауважити, що дискова пам'ять ємністю 1 ГБ має 1 мільярд байтів, а не 230 (приблизно 1.7 мільярда). Тому потрібно читати інструкцію користувача для того, щоб бути впевненим в точному значенні запису 1К, 1М, чи 1Г в кожному конкретному випадку.

В якості процесора комп'ютера SonyVAIOAR11 RSвикористано процесор IntelCentrinoCoreDuoT2500.Оскільки процесор є основним елементом комп'ютера, його продуктивність в значній мірі визначає продуктивність всього комп'ютера. Принципи побудови та організації роботи процесора та його функціональних вузлів будуть розглянуті в розділах 4-8 книги. Робота процесора синхронізується імпульсами, які генерує блок синхронізації комп'ютера та посилає їх до всіх його основних компонентів. Кількість вироблених цим блоком імпульсів за 1 секунду є його частотою, яка вимірюється в герцах. Сучасні комп'ютери працюють на мегагерцових та гігагерцових частотах, тобто їх блоки синхронізації генерують сотні мільйонів або й мільярди імпульсів за секунду. Процесор комп'ютера, представленого на рекламі, функціонує на частоті 2 ГГц. Однак це не обов'язково означає, що він здатний виконувати 2 мільярди команд за секунду, або, що еквівалентно, що кожна його команда виконується за 0,5 наносекунди. Як буде

показано в розділі 2, кожна команда комп'ютера вимагає фіксованої кількості тактів для свого виконання, причому деякі команди виконуються за один такт, але більшість команд виконуються за декілька тактів.

В другому рядку реклами розміщено "1024 Мбайтів пам'яті DDR2-533)". Це основна пам'ять. Число 533 вказує частоту зчитування даних з цієї пам'яті на системну шину, по якій проводиться обмін інформацією в комп'ютері. Тут частота вимірюється в МГц. Основна пам'ять має ємність 1024 мегабайти (МБ). Питання про формати представлення даних в комп'ютері будуть розглянуті в розділі 3, а питання побудови та організації роботи пам'яті - в розділі 9. Додатково до ємності пам'яті реклама вказує і її тип DDR, скорочення від dynamic random access memory (динамічна пам'ять з довільним доступом), яка підтримує двоканальний режим.

Наступний рядок в рекламі "2x32КБ Ll cache, 2048КБ L2 cache" також описує тип пам'яті. Це кеш пам'ять, яка забезпечує швидкий доступ процесора до основної пам'яті. Представлений на рекламі комп'ютер має два рівні кеш пам'яті. Кеш пам'ять першого рівня (L1) є швидкою пам'яттю малої ємності, яка вбудована в кристал процесора і дозволяє прискорити доступ до часто використовуваних даних і команд. Кеш пам'ять другого рівня (L2) є набором швидких мікросхем пам'яті, розміщених між процесором і основною пам'яттю. При цьому кеш пам'ять має ємність, що вимірюється в кілобайтах (КБ), тобто значно меншу, аніж ємність основної пам'яті. В даному випадку кеш пам'ять першого рівня розділена на кеш пам'ять даних і кеш пам'ять команд ємністю по 32 КБ, кеш пам'ять другого рівня має ємність 2048 КБ.

Рекламований комп'ютер має також зовнішню дискову пам'ять ємністю 2x100 ГБ, яка має швидкість обертання дисків 5400 обертів за хвилину. Крім того, ця пам'ять має буфер ємністю 8 МБ. Швидкість обертання є лише одним з визначальних факторів загальної продуктивності диску. Важливими є також принципи його з'єднання з іншими елементами комп'ютера, тобто його інтерфейс. В рекламованому комп'ютері інтерфейс диску має назву EIDE, що є скороченням від enhanced integrated drive electronics (покращена електроніка інтегрованого дисководу). Інтерфейс EIDE має спеціальні вузли, які дозволяють підвищити швидкість обміну.

Далі в рекламі розміщені характеристики пристроїв введення-виведення та комунікацій, які будуть детально розглянуті в розділі 10. Тут показано З USBпорти, один швидкісний послідовний порт, один інфрачервоний порт, адаптери для безпровідного зв'язку та багато інших портів. Через ці порти інформація поступає в комп'ютер та з комп'ютера. USB (universal serial bus) порт є популярною зовнішньою шиною, яка підтримує режими Plug-and-Play (тобто можливість автоматичної конфігурації пристрою) та hot plugging (можливість підключити та відключити пристрій під час роботи комп'ютера).

Також в рекламі є інформація про монітор. Він має наступні характеристики: діагональ рівна 17 дюймів, формат 16:9, роздільна здатність WUXGA (1920 х 1200), технологія X-black, багатошарове антиблікове покриття. Характеристики монітора впливають на зручність взаємодії користувача з комп'ютером. Монітор з високою роздільною здатністю забезпечує краще бачення та якісну трафіку.

На рекламі є і інша потрібна інформація про комп'ютер, зокрема наведені характеристики відео та аудіо систем, оптичного приводу та інше.

Розглядаючи вузли та характеристики представленого на рекламі комп'ютера, ми не обговорювали питання організації його роботи та вплив цих характеристик на ефективність вирішення задач, що буде зроблено далі в цій книзі.

Обговорюючи принципи роботи комп'ютера, ми будемо показувати його вузли та елементи схематично, не завжди вникаючи в питання їх фізичної реалізації. Але для того, щоб мати загальну уяву про конструкцію комп'ютера, подивимось як виглядають компоненти сучасного персонального комп'ютера (рис. 1.14).

Коли відкрити корпус персонального комп'ютера, можна побачити велику кількість різних елементів. Це, зокрема, блок живлення, який представляє собою металевий корпус з вбудованим вентилятором, різні типи дискової пам'яті, включаючи накопичувачі на жорсткому та гнучкому магнітних дисках, привід CD-ROM/RW чи DVD-ROM/RW. Всі компоненти комп'ютера, включаючи процесор та пам'ять, об'єднує системна плата. На рис. 1.14 показано системну плату Intel D850 з тлумаченням найважливіших компонентів.

Порти введення-виведення зверху плати забезпечують зв'язок комп'ютера з зовнішніми вузлами типу мікрофона та інших звукових пристроїв, миші, клавіатури, з

локальною обчислювальною мережею та іншими пристроями, які під'єднують через послідовний, паралельний та USB порти. Контролер введення-виведення, який входить до складу інших, крім процесора, пам'яті та відео, мікросхем системної плати (chipset), дозволяє всім з'єднаним пристроям функціонувати без конфліктів. Гнізда (слоти) для підключення до шини PCI (Peripheral Component Interconnect) дозволяють розширення плат, які належать до різних пристроїв, підключених до шини РСІ. Це 32-розрядна локальна шина для пересилання даних між процесором та зовнішніми пристроями (диски, відеоадаптер тощо) з швидкістю до 132 Мбіт/с. На материнській платі розташовують зазвичай 3-4 гнізда шини РСІ. Слот AGP (Accelerated Graphic Port - прискорений графічний порт) призначений для включення графічної карти. Також є два блоки основної пам'яті та контролер пам'яті. Тут відсутній процесор, який повинен бути встановлений в материнську плату, але є гніздо під нього. В нижньому лівому куті розміщена внутрішня батарея живлення для зберігання настройок BIOS. Ця плата має також два роз'єми для підключення жорсткого диска або приводу CD-ROM/RW чи DVD-ROM/R.W, і один роз'єм для підключення гнучкого диска.

Комп'ютер продається з записаним в постійну пам'ять програмним забезпеченням, до якого належать POST (Power-On-Self-Test) та BIOS (Base Input/Output Systems). При включенні комп'ютера відбувається тестування пам'яті, клавіатури, дисків і деяких інших компонентів комп'ютера. Після цього викликається операційна система, яка завантажується та оживляє комп'ютер.

Содержание