Состав и структура персонального компьютера
Любой IBM РС-совмесгимый компьютер представляет собой реализацию так называемой фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Эта архитектура была представлена Джорджем фон Нейманом еще в 1945 г. и имеет следующие основные признаки.
Машина состоит из блока управления, арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и устройств ввода-вывода. В ней реализуется концепция хранимой программы: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Выполняемые действия определяются блоком управления и АЛУ, которые вместе являются основой центрального процессора. Центральный процессор выбирает и исполняет команды из памяти последовательно, адрес очередной команды задается «счетчиком адреса» в блоке управления. Этот принцип исполнения называется последовательной передачей управления. Данные, с которыми работает программа, могут включать переменные — именованные области памяти, в которых сохраняются значения с целью дальнейшего использования в программе. Фон-неймановская архитектура — не единственный вариант построения ЭВМ, есть v. другие, которые не соответствуют указанным принципам (например, потоковые машины). Однако подавляющее большинство современных компьютеров основано именно на указанных принципах, включая и сложные многопроцессорные комплексы, которые можно рассматривать как объединение фон-неймановских машин.
Персональный компьютер, совместимый с IBM PC, имеет шинную архитектуру, при которой все узлы и компоненты подключаются к единой магистрали (шине), через которую и происходит обмен данными между ними.
Процессор (или микропроцессор) и оперативная память подключены к системной магистрали непосредственно, а остальные устройства (клавиатура, накопитель на гибких магнитных дисках, или НГМД, накопитель на жестких магнитных дисках, или НЖМД, накопитель на оптических дисках, видеомонитор, манипулятор «мышь», устройство печати и др.) — через контроллеры устройств (КУ). Подключение устройств через контроллеры вызвано тем, что сами устройства ввода-вывода и хранения информации (накопители) реализованы на различных принципах функционирования (механические, электромеханические, электронные, оптические и т. п.) и имеют собственные наборы команд, не совпадающие с инструкциями микропроцессора, в связи с чем необходимо преобразовывать его команды в команды устройств. Это и выполняют контроллеры, которые еще осуществляют и некоторые функции управления, освобождая от них микропроцессор.
Разумеется, это упрощенная схема представления архитектуры персонального компьютера, но она иллюстрирует сам принцип ее построения. Преимущества шинной архитектуры состоят в простоте подключения и замены устройств, а недостатком является передача данных по единственной магистрали, что существенно снижает общую производительность компьютера.
Конструктивно персональный компьютер выполнен в виде системного блока, к которому через разъемы (порты) подключаются устройства ввода-вывода, коммуникационные устройства и другое оборудование. В минимальном варианте в состав персонального компьютера входят системный блок, клавиатура и видеомонитор, но наиболее распространенным вариантом являются:
— системный блок;
— клавиатура;
— видеомонитор;
— манипулятор «мышь»;
— устройство печати.
В зависимости от цели применения компьютера (офисный, домашний, игровой, рабочая станция в составе сети и др.) указанный набор может дополняться другими устройствами (акустические системы, сканеры, видеокамеры, микрофоны, модемы, игровые манипуляторы, графопостроители и др.).
Конструктивные решения, заложенные в первую модель персонального компьютера IBM PC в 1981 г., без каких-либо принципиальных изменений дошли до наших дней.
В системном блоке расположена системная плата с установленными на ней центральными компонентами — микропроцессором, оперативной памятью, вспомогательными схемами и щелевыми разъемами-слотами, предназначенными для установки плат расширения. В корпусе системного блока имеются отсеки для установки дисковых накопителей и других периферийных устройств трех- и пятидюймового формата, а также блок питания. На задней стенке корпуса имеются отверстия для различных разъемов (например, для клавиатуры), а также щелевые прорези, через которые из корпуса выходят внешние разъемы, установленные на платах расширения. Платы расширения имеют краевой печатный разъем, которым они соединяются со слотами шин ввода-вывода, и металлическую скобу, которая закрепляет плату на корпусе. На этой скобе могут быть установлены внешние разъемы.
Габаритные и присоединительные размеры плат, способ их крепления и шины ввода-вывода унифицированы.
Изначально системный блок ставился на стол горизонтально, и его корпус назывался desktop — настольный. Корпуса были довольно громоздкие, но со временем за счет уменьшения площади системной платы удалось сократить их длину. Так появился формат корпуса (и системной платы) baby-AT, а традиционные корпуса и платы получили название full-AT (полноразмерные).
В настоящее время под корпусом desktop подразумевается корпус длиной около 35 см (чуть длиннее, чем baby). Сверху на такие корпуса часто устанавливают монитор, а перед корпусом располагается клавиатура. Вся эта композиция занимает слишком много места, особенно в глубину, и на обычном столе помещается плохо. Позже догадались поставить корпус «на попа», слегка изменив расположение отсеков внешних устройств. Так появился тип корпуса tower (башня), наиболее популярный в настоящее время. В него можно устанавливать системные платы и карты расширения тех же форматов, что и в desktop, но конструктивно он лучше и удобнее за счет наличия жесткого скелета-шасси.
Корпуса типа tower могут иметь разные размеры, в зависимости от которых их устанавливают на стол или рядом со столом на полу либо какой-либо подставке.
Корпус mini-tower является самой маленькой башней — он имеет высоту около 35 см, ширину 17—18 см, глубину около 40 см и всего два отсека формата 5". Из трех-четырех отсеков 3" на лицевую панель могут выводиться всего два.
Корпус midi-tower несколько больше — он имеет высоту около 40 см и, по крайней мере, три отсека формата 5".
Корпус big-tower имеет высоту около 60 см и пять-шесть отсеков формата 5". Эти корпуса обычно шире (для устойчивости и лучшего охлаждения внутренних устройств). Есть и более емкие корпуса — super big-tower и др., предназначенные для компьютеров-серверов.
Корпуса могут иметь различные конструктивные особенности и дополнительные элементы: запираемые или просто пылезащитные дверцы на отсеках накопителей, элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры и т. п. Блоки питания широко распространенных корпусов имеют унифицированный конструктив, но в зависимости от размера корпуса различные мощность и число разъемов для питания накопителей.
5.3. Информационно-вычислительные сети
В настоящее время применение компьютерных информационных технологий подразумевает повсеместное сетевое использование компьютеров, т. е. их совместное применение за счет соединения друг с другом и объединения их вычислительных мощностей и информационных ресурсов. В малом бизнесе вычислительная сеть объединяет несколько персональных компьютеров, в то время как в межнациональных корпорациях в единую сеть объединяются десятки тысяч компьютеров.
Глобальная (крупномасштабная) вычислительная сеть WAN (Wide Area Network) представляет собой множество географически удаленных друг от друга компьютеров, совместное взаимодействие которых обеспечивается коммуникационной сетью передачи данных и сетевым программным обеспечением. Основу WAN составляют мощные вычислительные системы, являющиеся различного рода серверами, а также специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи персональных компьютеров становятся абонентами сети посредством подключения своих ЭВМ именно к этим вычислительным или коммуникационным узлам.
WAN может носить как ведомственный, так и общенациональный и даже интернациональный характер. Общими признаками WAN являются, во-первых, значительный масштаб сети (как по территориальному распределению, так и по числу узлов), а во-вторых, неоднородность сети (т. е. различный тип архитектуры и программного обеспечения узлов), что и определяет дополнительные сложности организации взаимодействия сетевых элементов. В частности, масштаб WAN требует решения проблем общей адресации сетевых узлов и маршрутизации передачи данных между ними.
Интернет — вычислительная сеть, объединяющая миллионы компьютеров по всему миру, фактически является конгломератом многих глобальных, региональных, университетских и учрежденческих сетей, а также сетей коммерческих фирм (провайдеров), которые предоставляют доступ к Интернету индивидуальным клиентам. В Интернете нет центрального управляющего органа, а следовательно, выход из строя любого из существующих узлов или появление новых узлов не оказывают никакого влияния на общую работоспособность сети. Однако архитектура коммуникационной системы Интернет имеет вполне определенный иерархический характер. В этой иерархической архитектуре ограниченный набор дорогостоящих магистральных каналов с высокой пропускной способностью, составляющих так называемую опорную или базовую сеть, соединяет между собой сети со средней пропускной способностью, к которым, в свою очередь, подключаются отдельные организации со своими клиентами.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) или LAN (Local Area Network), обеспечивая взаимодействие небольшого количества однородных компьютеров на небольшой территории, имеют по сравнению с WAN менее развитую архитектуру и используют более простые методы управления взаимодействием узлов сети. При этом небольшие расстояния между узлами сети и простота управления системой связи позволяют обеспечивать в LAN более высокие скорости передачи данных.
Термин internet (со строчной буквы) обозначает локальную или региональную сетевую среду, объединенную с помощью средств маршрутизации, которые управляют пересылкой данных на основе общего пространства логических адресов узлов, т. е. обеспечение основных сетевых сервисов Интернета в пределах локальной или региональной сети.
Термин intranet обозначает изолированное пределами одной организации обеспечение сетевого доступа к общим данным при поддержке их разделения между отдельными подразделениями. Часто под intranet подразумевается обеспечение основных сетевых сервисов Интернета в пределах корпоративной ЛВС.
Термин extranet обозначает сетевое объединение нескольких организаций, обеспечивающее прямой доступ к приложениям каждой из сторон. Первоначально такое объединение осуществлялось за счет выделенных сетевых соединений. В настоящее время прямые выделенные соединения вытесняются виртуальными частными сетями VPN (Virtual Private Networks). По мере развития в Интернете средств ведения электронной коммерции и стандартов шифрования данных необходимость использования выделенных соединений, по всей видимости, полностью исчезнет.
Городские (региональные) сети (или сети мегаполисов) — Metropolitan Area Networks (MAN)— являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города — мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.
Дата добавления: 2014-12-16; просмотров: 1213;