Исследовательская работа "Архитектура и основные принципы организации персонального компьютера".

Аннотация

Жвиков Александр Михайлович, Завадский Тимофей Владимирович

п.Абан, МБОУ Абанская СОШ№4, 8 класс

«Архитектура и основные принципы организации персонального компьютера»  

Руководитель: Гузова Тамара Ивановна учитель, информатики и ИКТ, МБОУ Абанская СОШ№4, tamara_an64@mail.ru 

Цель работы: изучить архитектуру персонального компьютера, в основу которого положен магистрально-модульный принцип, исследовать центральную  частью компьютера -  системный блок и его основные комплектующие: материнскую плату, микропроцессор, внутреннею  память. Практически научиться  разбирать, собирать и заменять основные компоненты системного блока.

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………………..4

Основная часть…………………………………………………………………………………....6

Глава 1.  Архитектура персонального компьютера…………………………………………… 6

1.1. Минимальная конфигурация компьютера………………………………………………….6

1.2. Магистрально-модульный принцип построения компьютера……………………………7

Глава 2. Системный блок  компьютера………………………………………………………….8

2.1. Материнская плата…………………………………………………………………………...8

         2.1.1. Основные компоненты материнской платы……………………………………….

         2.1.2. Классификация материнской платы………………………………………………..

2.2. Микропроцессор ……………………………………………………………………………10

         2.2.1.  История развития микропроцессоров  ……………………………………………11

         2.2.2. Внутренняя организация микропроцессора ………………………………………13

         2.2.3. Принципы работы процессора и его характеристики…………………………….14

         2.2.4. Классификация микропроцессоров………………………………………………...15

2.3. Внутренняя память………………………………………………………………………….16

        2.3.1. Характеристика внутренней памяти………………………………………………..

        2.3.2. Типы и характеристика оперативной памяти………………………………………17

Заключение ……………………………………………………………………………………….19

Библиографический список ……………………………………………………………………...20

Введение

    В современном мире компьютер занял в жизни человека особое место, которое играет важную роль в повседневной жизни. Еще с первых времен, когда наступил век компьютерных технологий, человечество с большим интересом следило за развитием техники, и все больше внедряли  компьютеры в обыденную жизнь, и это стало важнейшим фактором зависимости человека от подобных технологий. Компьютер заменил всю бумажную историю, отчетность и прочий старомодный механизм работы различных компаний и предприятий.

  Сложно, наверное, оценить какую роль играет в современной жизни компьютер. Сказать что важную, это практически ничего не сказать. Если из строя выйдет компьютер на предприятии или фирме, то это может повлечь массу проблем: останавливается весь трудовой процесс, иногда даже производственный.

  В последнее время компьютеры и их возможности позволяют нам создавать более комфортные условия жизни — умный дом, к примеру, а также упрощать производственные процессы, сокращать трудозатраты и многое другое. Можно смело сказать, что наличие компьютеров в нашей жизни — это уже преимущество.

   Многие пользователи считают, что если они умеют работать в тех или иных программах, то есть, знакомы с информационными технологиями то  этого вполне достаточно. Хочу не согласиться с этим! Считаю, что необходимо также понимать принцип построения компьютера, принцип работы с данными и обмена информацией между устройствами, умение подключать различные устройства компьютера. Знать состав  центральной части  компьютера – системного  блока, уметь произвести замену простейшего компонента системного блока, например блока питания, дисковода, самому комплектовать нужную конфигурацию компьютера, производить при необходимости её модернизацию, уметь определить причину неисправности ПК. Нам интересна аппаратная часть компьютера, и мы решили разобраться в этом вопросе подробней.  

Цель нашей исследовательской работы: изучить архитектуру персонального компьютера,  магистрально-модульный принцип построения ПК, исследовать центральную  частью компьютера -  системный блок и его основные комплектующие: материнскую плату, микропроцессор, внутреннею  память.

Задачи:

1. Подобрать  и изучить  литературу, Интернет ресурсы по выбранной теме.

2. Изучить основные принципы организации компьютера.

3. Исследовать центральную  часть компьютера - системный блок.

4. Изучить основные компоненты системного блока:

     - материнскую плату

     - микропроцессор

     - внутреннюю память

5. Практически научиться разбирать и собирать системный блок, производить замену комплектующих, например блока питания, дисковода, винчестера.

Практическая значимость: эта  работа, безусловно, поможет нам глубже изучить  состав  центральной части  компьютера – системного  блока, уметь произвести замену простейшего компонента системного блока, например блока питания, дисковода, самому комплектовать нужную конфигурацию компьютера, производить при необходимости её модернизацию, уметь определить причину неисправности ПК. Уметь определить и подобрать оптимальный вариант  компьютера для конкретной работы.

Основная часть

Глава 1. Архитектура персонального компьютера

1.1. Минимальная конфигурация

     Компьютер – это электронное устройство, предназначенное для работы с информацией, а именно введение, обработку, хранение, вывод и передачу информации. Кроме того, ПК представляет собой единое двух сущностей – аппаратной и программной частей. Персональный компьютер с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код.

В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями (и, соответственно, с разной стоимостью), включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данных компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует “минимальная” конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа с ПК становится бессмысленной. Это: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. А как же взаимодействуют все компоненты ПК?

1.2. Магистрально-модульный принцип построения компьютера

    В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

     Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.
     Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).
     Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.
 Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой процессором памяти.

Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.
 Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:
    
    
    
     В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются.
     В первых отечественных персональных компьютерах величина адресного пространства была иногда меньше, чем величина реально установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа к такой памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков памяти к адресному пространству. В современных персональных компьютерах с 32-разрядной шиной адреса величина адресуемой памяти составляет 4 Гб, а величина фактически установленной оперативной памяти значительно меньше и составляет обычно 16 или 32 Мб.
     По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.
     Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.
     Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые обычно входят в состав операционной системы.

Глава 2. Системный блок  компьютера

Системный блок – основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:

• микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;
• оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;
• системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера;
• материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;
• блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
• вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;
• устройства внешней памяти, к которым относятся накопители на гибких и жестких магнитных дисках, дисковод для компакт-дисков СD-ROM, предназначенные для длительного хранения информации.

системные блоки могут иметь следующие типы корпусов:

tower                                                                                                      desktop

                                                              notebook                                                                                 

2.1. Материнская плата.

        Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется наз вание англ. mainboard — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

 2.1.1. Основные компоненты материнской платы

Основные компоненты, устанавливаемые на материнской плате:

• Центральный процессор (ЦПУ).
• Набор системной логики (чипсет — англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

• Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как HyperTransport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессоры в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

• Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

• Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.
• Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

2.1.2. Классификация материнской платы по форм-фактору

     Выбор материнской платы весьма ответственное занятие - от вашего выбора будет зависеть надежность компьютера, его производительность, возможности модернизации, а для любителей острых ощущений - и возможности разгона компьютера. Фактически материнская плата - это большая "коллекция разъемов", предназначенных для установки тех или иных комплектующих. Назовем лишь несколько основных типов.

         Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

• Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.
• Современные: ATX; microATX; FlexATX; NLX; WTX, CEB.
• Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

      Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например, Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы). Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock В России материнские платы производит компания «Формоза» (использовались компоненты фирм Lucky Star и Albatron). На Украине — корпорация «Квазар-Микро».

2.2. Микропроцессор

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти. Конструктивно представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket).

2.2.1.  История развития микропроцессоров  

     В 1959 г. инженеры фирмы “Texas Instruments” разработали способ, как разместить внутри одного полупроводникового кристалла несколько транзисторов и соединить их между собой – родилась первая интегральная микросхема (ИМС). По сравнению с функционально теми же устройствами, собранными из отдельных транзисторов, резисторов и т.п., ИМС обладает значительными преимуществами: меньшими габаритами, более высокой надежностью и т.д.

   История создания первого в мире микропроцессора достаточно поучительна. Летом 1969 г. японская компания “Busicom”, разрабатывавшая новое семейство калькуляторов, обратилась за помощью в фирму “Intel”. К тому времени “Intel” просуществовала всего около года, но уже проявила себя созданием самой емкой на тот момент микросхемы памяти. Фирме “Busicom” как раз и требовалось изготовить микросхемы, содержащие несколько тысяч транзисторов. Для реализации совместного проекта был привлечен инженер фирмы “Intel” Т.Хофф. Он познакомился с разработками “Busicom” и предложил альтернативную идею: вместо 12 сложных специализированных микросхем создать одну программируемую универсальную – микропроцессор. Проект Хоффа победил и фирма “Intel” получила контракт на производство первого в мире микропроцессора.

   Практическая реализация идеи оказалась непростым делом. В начале 1970 г. к работе подключился Ф.Фаджин, который за 9 месяцев довел процессор от описания до кристалла (позднее Ф.Фаджин основал фирму “Zilog”, создавшую замечательный 8-разрядный процессор Z80, который успешно работал во многих домашних компьютерах). 15 ноября 1971 г. “Intel 4004” – так назвали процессор – был представлен общественности. Поскольку для хранения одной цифры калькулятору требуется 4 бита (именно столько необходимо для изображения десятичных цифр “8” и “9”), “Intel 4004” был четырехразрядным процессором. Следующий микропроцессор предназначался для установки в терминал и должен был обрабатывать символьную информацию. Поскольку каждый символ кодируется одним байтом, следующая модель “Intel 8008” стала 8-разрядной; она появилась в апреле 1982 г. По-прежнему этот процессор был заменой “аппаратной логики”, но отдельные энтузиасты уже пытались собрать на нем компьютер. Результаты были скорее демонстрационными, нежели полезными, но микрокомпьютерная революция уже началась.

   А в апреле 1974 г. компания “Intel” совершила новый качественный скачок: ее изделие с маркой “Intel 8080” стало первым в мире процессором, походившим на “настоящую” вычислительную машину. Отметим любопытную деталь: хотя процессор. и обрабатывал 8-разрядные данные, но адрес ОЗУ был двухбайтовым! Таким образом, 8080 мог иметь до 64 килобайт памяти, что по тем временам казалось программистам недостижимым пределом.

   Дальнейшее развитие событий происходило прямо-таки с фантастической скоростью, даже если сравнивать с темпами динамично развивающейся вычислительной техники. За десятилетие был пройден путь от изобретения 4-разрядного МП до достаточно сложной 32-разрядной архитектуры. Было ликвидировано отставание микропроцессорной техники от обычных ЭВМ и началось интенсивное вытеснение последних (все ЭВМ четвертого поколения собраны на базе того или иного микропроцессора!). Для иллюстрации укажем, что первый МП 4004 содержал 2200 транзисторов, МП 8080 – 4800, МП “Intel 80486” – около 1,2 миллиона, а современный “Pentium” – около 3 миллионов!

    История развития микропроцессоров представляет собой достаточно интересную самостоятельную тему. Здесь упомянем только, что пионер в создании процессорных микросхем фирма “Intel” по-прежнему сохраняет свои лидирующие позиции в этой области. Ее программно-совместимое семейство последовательно усложняющихся МП (16-разрядные 8086, 80286 и 32-разрядные 80386, 80486, “Pentium”) являются “мозгом” значительной части использующихся компьютеров. Именно на базе этих микропроцессоров собраны все широко распространенные в нашей стране IBM-совместимые компьютеры.

    Другую ветку обширного микропроцессорного семейства образуют МП фирмы “Motorola”: ее изделия работают в известных компьютерах “Apple”, а также в более простых – “Atari”, “Commador”, “Amiga” и др. Процессоры “Motorola” ничуть не хуже, а порой даже заметно лучше производимых компанией “Intel”. Но на стороне последней – огромные производственные мощности транснационального гиганта IBM и десятки южно-азиатских фирм, буквально наводнившие мир дешевыми IBM-совместимыми компьютерами.

В 1993 г. фирма “Motorola” совместно с IBM и “Apple” разработала новый процессор “PowerPC”. Этот процессор имеет очень хорошие технические характеристики, но самое главное в нем – он может эмулировать работу компьютеров и “Apple”, и IBM. Очевидно, что это событие еще более обострит конкурентную борьбу на рынке микропроцессоров.

    Завершая краткий исторический экскурс, попробуем определить некоторые новые направления развития МП в ближайшем будущем. Характерной чертой последних моделей процессоров является возможность работы в многозадачном режиме, который фактически стал нормой для современных ЭВМ. Развивается RISC-архитектура микропроцессоров (процессоры с минимальным числом команд). Такой МП работает необычайно быстро и способен выполнить любую из своих немногочисленных команд за один машинный такт, в то время как обычно на выполнение простой операции требуется 4-5 тактов. Ярким примером достоинств RISC-архитектуры является уже упоминавшийся процессор “PowerPC”. Следует особо подчеркнуть, что успехи RISC-подхода оказывают существенное влияние и на конструирование CISC-процессоров (процессоры с полным набором команд). Так, существенное ускорение классических CISC МП старших моделей семейства “Intel” достигается за счет конвейерного выполнения команд, заимствованного из RISC МП.

2.2.2. Внутренняя организация микропроцессора

Перечислим основные функции микропроцессора:

• выборка команд из ОЗУ;

•декодирование команд (т.е. определение назначения команды, способа ее исполнения и адресов операндов);

• выполнение операций, закодированных в командах;

• управление пересылкой информации между своими внутренними регистрами, оперативной памятью и внешними (периферийными) устройствами;

• обработка внутрипроцессорных и программных прерываний;

• обработка сигналов от внешних устройств и реализация соответствующих прерываний;

• управление различными устройствами, входящими в состав компьютера

Внутреннее устройство микропроцессоров очень сложно (вспомним три миллиона транзисторов в “Pentium”). Даже если попытаться рассмотреть наиболее общую схему основных функциональных узлов, и то получится достаточно сложная картина. К тому же внутреннее устройство МП сильно зависит от его марки, а стало быть изучение структуры одного процессора не обязательно помогает понять работу другого. Следует признать нецелесообразным для пользователя (и даже, может быть, для программиста) изучение инженерных деталей процессора современной ЭВМ, и ограничиться, как это принято делать, только теми функциональными узлами, которые доступны программно. При таком подходе оказывается, что МП имеют много общего, и становятся отчетливо видны некоторые закономерности их внутреннего устройства. Кроме того, исчезает пугающая сложность и возникает приятное и полезное чувство, что компьютер – это не какая-то там “вещь в себе” и его поведение можно понять.

2.2.3. Принципы работы процессора и его характеристики

     Маленькие микропроцессоры (их размер можно сравнить с кусочком сахара или мобильным телефоном) являются своего рода локомотивом компьютера и часто самым дорогим внутренним его компонентом. Процессор в основном считывает данные из памяти, манипулирует ими и возвращает их обратно в память или передает на внешние устройства, например, монитор или принтер.

    Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графика, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере преобразовываются к простейшему виду, представляются в двоичном коде, “оцифровываются”. Физически это может выглядеть как чередование намагниченных и размагниченных участков жесткого диска, отражающих и не отражающих луч участков компакт-диска, передаваемых сигналов напряжения высокого и низкого уровня и т.д.

   Модели процессоров включают следующие совместно работающие устройства:
Устройство управления (УУ). Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функции управления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Так называется устройство для целочисленных операций. Арифметические операции, такие как сложение, умножение и деление, а также логические операции обрабатываются при помощи АЛУ. Эти операции составляют подавляющее большинство программного кода в большинстве программ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ.

Основными характеристиками процессора являются:

• быстродействие – количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей. Современные процессоры обладают расширением ММХ (MultiMediaeXtention – расширение мультимедиа);
• тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 1,5 ГГц (выполнять 1,5 миллиарда операций в секунду);
• разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

2.2.4. Классификация микропроцессоров

Все микропроцессоры можно разделить на три группы:

* МП типа CISC (Complex Instruction Set Computing) с полным набором команд ;

* МП типа RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором команд ;

* МП типа MISC ( Minimum Instruction Set Computing ) с минимальным набором команд и весьма высоким быстродействием (в настоящее время эти модели находятся в стадии разработки).

Микропроцессоры типа CISC

Особенности:

- предусматривается возможность работы в вычислительной сети;

- имеется возможность многозадачной работы (многопрограммность) и сопутствующая ей защита памяти;

- микропроцессоры могут работать в двух режимах: реальном ( Real mode ) и защищенном ( Protected mode ). В реальном режиме имитируется (эмулируется) работа МП 8086, естественно, однозадачная. В защищенном режиме возможна многозадачная работа с непосредственным доступом к расширенной памяти и с защитой памяти, отведенной задачам, от посторонних обращений;

Микропроцессоры типа RISC

Микропроцессоры типа RISC содержат набор только простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каждой простой команды за счет их наложения и параллельного выполнения тратится 1 машинный такт (на выполнение даже самой короткой команды из системы CISC обычно тратится 4 такта).

Функционально МП состоит из двух частей:

* операционной, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память (за исключением нескольких адресных регистров);

* интерфейсной, содержащей адресные регистры МПП, блок регистров команд, схемы управления шиной и портами.

Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в микропроцессорной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвейерном режиме. Такая организация МП дает возможность значительно повысить его эффективное быстродействие.

2.3. Внутренняя память

     Внутренняя память является обязательной составной частью любого компьютера, реализуется в виде электронных микросхем и в персональных компьютерах располагается на материнской плате.

Она обладает двумя основными свойствами:

1. дискретностью
2. адресуемостью.

Память дискретна — это значит, что память состоит из некоторых “частиц”. “Частица” памяти соответствует биту (минимальной единице информации). Один бит — это двоичный разряд памяти. Он хранит двоичный код (0 или 1). Слово “бит” — сокращение от английского “binary digit” — двоичная цифра. Итак, память компьютера — это упорядоченная последовательность двоичных разрядов (бит). Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа соответствует 1 байту информации.

Объем памяти измеряется в килобайтах (1 Кбайт (Кб) = 210 байта=1024 байта), мегабайтах (1 Мбайт (Мб)= 1024 Кбайт), гигабайтах (1 Гбайт (Гб) = 1024 Мбайт).

Ячейка памяти — это минимальная адресуемая часть опретивной памяти, доступная для обработки отдельной командой процессора. Содержимое ячейки памяти называется машинным словом. Машинное слово может быть различной длины в зависимости от типа компьютера (от 8 до 64 бит) и определяет наибольшее число, которое может удерживаться в ячейке памяти. При байтовой архитектуре минимальной единицей измерения информации является байт, а машинное слово может равняться 2, 4 или 8 байтам.

Байты внутренней памяти пронумерованы. Нумерация начинается с нуля. Порядковый номер байта называется адресом байта. Принцип адресуемости памяти означает то, что любая информация заносится в память и извлекается из нее по адресам.

Адресация  ячеек памяти начинается с нуля. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове (изменяются через 1, или через 2, или через 4).

2.3.1. Характеристика внутренней памяти

Выделяют следующие виды внутренней памяти:

1. оперативная. В нее помещаются программы для выполнения и данные для работы программы, которые используются микропроцессором. Она обладает большим быстродействием и является энергозависимой. Обозначается RAM - Random Access Memory -память с произвольным доступом;

2. кэш-память (от англ. caсhe – тайник). Она служит буфером между RAM и микропроцессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций, т.к. является сверхбыстродействующей. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Эта память хранит копии наиболее часто используемых участков RAM. При обращении микропроцессора к памяти сначала ищутся данные в кэш-памяти, а затем, если остается необходимость, в оперативной памяти; 

3. постоянная память - BIOS (Basic Input-Output System). В нее данные занесены при изготовлении компьютера. Обозначается ROM - Read Only Memory. Хранит: 

• программы для проверки оборудования при загрузке операционной системы; 
• программы начала загрузки операционной системы; 
• программы по выполнению базовых функций по обслуживанию устройств компьютера; 
• программу настройки конфигурации компьютера - Setup. Позволяет установить характеристики: типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, режимы работы с RAM, запрос пароля при загрузке и т.д; 

4. полупостоянная память - CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Хранит параметры конфигурации компьютера. Обладает низким энергопотреблением, потому не изменяется при выключении компьютера, т.к. питается от аккумулятора; 

5. видеопамять. Используется для хранения видеоизображения, выводимого на экран. Входит в состав видеоконтроллера. 

2.3.2. Типы и характеристика оперативной памяти

• Оперативная память компьютера хранит инструкции для работы и промежуточные результаты вычислений и используется только для временного хранения данных и программ.
• Слово «оперативная» говорит о том, что обращение к этой памяти происходит достаточно быстро и информацию в ней можно легко менять.
• При выключении компьютера Оперативная память очищается, и записанная в нее информация уничтожается. Это свойство называется энергозависимостью.

Доступ к элементам оперативной памяти прямой - это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Типы оперативной памяти :

DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - тип оперативной памяти, используемой в компьютерах. При использовании DDR SDRAM достигается большая полоса пропускания, фактически почти удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты шины памяти.

DDR2 SDRAM (от англ. double data rate two synchronous dynamic random access memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом).

DDR3 SDRAM (от англ. double-data-rate three synchronous dynamic random access memory – удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) – это тип оперативной памяти используемой в компьютерах, разработанный как последователь DDR2 SDRAM. DDR3 имеет уменьшенное на 40 % потребление энергии по сравнению с модулями DDR2, что обусловлено пониженным (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR) напряжением питания ячеек памяти.

    На начало 2008 года память стандарта DDR2 находится на пике своей популярности. Это достигнуто за счет хорошей отладки технологических процессов, что позволило значительно увеличить объемы производства и, как следствие, – снизить цены. Оптимальные размеры оперативной памяти зависят от многих параметров, но в целом для производительного компьютера на сегодняшний день рекомендуется не менее одного Гб

Заключение

    Итак, в процессе выполнения этой исследовательской работы мы изучили архитектуру персонального компьютера,  магистрально-модульный принцип построения ПК, исследовали  центральную  частью компьютера -  системный блок и его основные комплектующие: материнскую плату, микропроцессор, внутреннею  память.  Узнали основные компоненты материнской платы и её классификацию, история развития микропроцессоров,  принципы работы процессора и его характеристики, внутреннюю организацию микропроцессора и их  классификацию. Разобрались со структурой  внутренней памяти,  познакомились с типами и характеристиками оперативной памяти.

   Практически научиться разбирать и собирать системный блок, производить замену простейшего компонента системного блока,  например блока питания, дисковода, винчестера. Поняли принцип  комплектования  нужной конфигурации компьютера и её модернизации.

   Проработали  большой объём материала. Составили список литературных источников и ссылок на Интернет ресурсы. Просмотрели  серию видеоуроков «Комплекс работ в системном блоке».

   Провели сравнительный анализ увеличения производительности процессора. Это достигается путем совершенствования архитектуры процессора. Во-первых, в структуру процессора вводится кэш-память, которая позволяет ускорить выборку команд и данных и тем самым уменьшить время выполнения одной команды. Во-вторых, вместо одного ядра процессора используется два или четыре ядра, которые параллельно выполняют вычисления.   Так разрядность процессора увеличилась в 16 раз (с 4 до 64 битов), тактовая частота процессора увеличилась в 37 000 раз (с 0,1 МГц до 3700 МГц и выше).  В дальнейшем  планируем совершенствовать наши знания в данной области, а именно научиться самостоятельно  производить ремонт и модернизацию ПК,  выбирать комплектующие и комплектовать ПК нужной конфигурации.

Как хорошо, что есть компьютер,
Послушный, милый и родной.
С ним так легко и так уютно,
Себе завидую самой.

Хочу - пишу, хочу- стираю,
И текст растет за рядом ряд.
А он послушно выполняет
Команды все мои подряд.

Не разозлится, не заплачет,
В лицо листы мне не швырнет,
И умный (тоже много значит):
Всегда ошибку подчеркнет.

Все в памяти хранит  прекрасно,
Я без него, как без руки:
Не надо мучиться напрасно,
И не искать черновики.

Я с удовольствием великим
Его в соавторы возьму:
Он не способен на интриги,
Ему и деньги ни к чему.

Библиографический список

1. Материал из Википедии — свободной энциклопедии.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C 

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%82%D0%B0 

2. Интернет ресурс – лекции по теме «Персональный компьютер и его устройства»

     http://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek11/lek_11.htm 

3. Материнская плата и её компоненты - http://city-repairs.ru/materinskaja_plata/index.php 

4. Типы микропроцессора - http://www-old.fizmat.vspu.ru/doku.php?id=vsst:%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%80%D1%8B_%D1%82%D0%B8%D0%BF%D0%B0_cisc_%D0%B8_risc   

5. Состав системного блока - http://inf.e-alekseev.ru/text/Sostav_sist.html 

      6. Комплекс работ в системном блоке  - http://skillopedia.ru/category.php?id=771 

      7.  Видеоуроки  как собрать/ разобрать компьютер -   http://viduroki.ucoz.ru/ 

      8. Видеоурок «Внутренне устройство компьютера» -  http://skillopedia.ru/material.php?id=514 

      9. Н.Д. Угринович. Информатика и информационные технологии. Учебник для  8 -11     классов. /М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2008г, 2010г

     10.  Энциклопедия «Мой компьютер без секретов»