Oggi i dispositivi informatici sono diventati così saldamente radicati nelle nostre vite che sembra impossibile immaginare la nostra esistenza senza di essi. Tuttavia, la maggior parte degli utenti non pensa quasi mai a come funzionano tutti questi sistemi. Se ne parlerà più avanti (per “manichini”, per così dire). Naturalmente non sarà possibile descrivere tutto nel dettaglio e coprire tutti gli aspetti tecnici (e la maggior parte delle persone non ne ha bisogno). Ci limiteremo quindi agli aspetti principali, parlando in un linguaggio semplice e “umano”.
Computer per manichini: componenti di base
Quando si parla della struttura di qualsiasi dispositivo informatico, è necessario comprendere chiaramente che è costituito fondamentalmente da hardware e software.
Per hardware si intendono tutti i dispositivi collegati che, per così dire, possono essere toccati con le mani (processori, memory stick, dischi rigidi, monitor, adattatori video, audio e audio, tastiera, mouse, periferiche come stampanti, scanner, ecc.). D.). A volte le persone chiamano tutti questi componenti “hardware del computer”.
La parte software è composta da numerosi componenti, tra i quali il ruolo principale è svolto dal sistema operativo, sulla base del quale viene effettuata l'interazione tra la parte hardware e altri programmi e driver di dispositivo installati in esso - programmi speciali con l'aiuto dei quali il sistema operativo può interagire con l'hardware stesso e utilizzarlo durante l'esecuzione di determinate attività.
Da qui è facile concludere che il principio principale di funzionamento di un computer di qualsiasi tipo è l'interazione di componenti hardware e software. Ma questa è solo l’idea superficiale. Questi processi verranno descritti poco dopo.
Computer hardware
Nell'hardware, come molti credono, il processore e la RAM vengono prima di tutto. In parte questo è vero. Garantiscono l'esecuzione di tutti i comandi del programma e consentono di avviare determinati processi.
D'altronde, se si scava più a fondo, nessun singolo componente “hardware” in sé vale nulla, perché per essere utilizzato deve essere collegato da qualche parte. E qui, fondamentale importanza è data alle cosiddette schede madri (popolarmente note come "schede madri") - dispositivi speciali su cui sono montati tutti gli altri componenti, microcircuiti, ecc .. In questo senso, il principio di base del funzionamento del computer (corretto funzionamento senza guasti) consiste nel collegare correttamente tutti i componenti hardware tramite gli appositi controller ad appositi slot o connettori presenti sulla scheda stessa. Qui ci sono regole, ad esempio, sull'uso corretto dei bus PCI, sul collegamento di dischi rigidi e unità rimovibili secondo il principio Master/Slave, ecc.
Separatamente, vale la pena menzionare le informazioni su cui sono registrate le informazioni, come se fossero per sempre, e la memoria ad accesso casuale (RAM) utilizzata per l'esecuzione dei componenti software.
Tipi di software
Il principio software del funzionamento del computer implica l'uso di software appropriato per eseguire i compiti assegnati.
In generale, il software è suddiviso in diverse categorie, tra le quali possiamo distinguere separatamente il software di sistema e includere i sistemi operativi stessi, i driver dei dispositivi e talvolta le utilità di servizio necessarie per garantire il corretto funzionamento dell'intero sistema. Questa è, per così dire, una shell comune in cui sono incorporati i programmi applicativi e le applicazioni. Il software di questo tipo ha un focus rigoroso, ovvero è focalizzato sull'esecuzione di un compito specifico.
Ma poiché stiamo parlando di quali siano i principi di base del funzionamento del computer in senso generale, il software di sistema viene prima di tutto. Successivamente, diamo un'occhiata a come si avvia l'intero sistema informatico.
Lezione di informatica. Computer: accendi e controlla i dispositivi
Probabilmente, molti utenti di PC desktop hanno notato che quando accendono il computer, si sente un suono caratteristico proveniente dall'altoparlante del sistema. Poche persone prestano attenzione ad esso, ma dal suo aspetto possiamo concludere che tutti i dispositivi hardware funzionano normalmente.
Che succede? Il principio di funzionamento di un computer è che quando viene fornita alimentazione a un chip speciale, chiamato dispositivo di input/output primario, tutti i dispositivi vengono testati. Il primo passo è rilevare i problemi nel funzionamento dell'adattatore video, perché se non è in ordine, il sistema semplicemente non sarà in grado di visualizzare le informazioni visive sullo schermo. Solo allora viene determinato il tipo di processore e le sue caratteristiche, i parametri RAM, i dischi rigidi e altri dispositivi. In effetti, il BIOS memorizza inizialmente le informazioni sull'intero hardware.
Opzioni di download
C'è anche un sistema per selezionare il dispositivo di avvio (disco rigido, supporto ottico, dispositivo USB, rete, ecc.). In ogni caso, l’ulteriore principio del funzionamento del computer in termini di avvio è che il dispositivo deve avere un cosiddetto record di avvio, necessario per avviare il sistema.
Avvio del sistema operativo
Per caricare il sistema operativo è necessario uno speciale bootloader, che inizializza il kernel del sistema registrato sul disco rigido e lo inserisce nella RAM, dopodiché il controllo dei processi viene trasferito al sistema operativo stesso.
Inoltre, il record di avvio principale può avere impostazioni più flessibili, dando all'utente il diritto di scegliere il sistema di avvio. Se l'avvio avviene da supporto rimovibile, da esso viene letto il codice di avvio eseguibile, ma il caricamento in ogni caso viene effettuato solo se il BIOS determina il codice eseguibile come valido. In caso contrario, sullo schermo verrà visualizzata una notifica sull'impossibilità di avvio, ad esempio che la partizione di avvio non è stata trovata. In questo caso viene talvolta utilizzata una tabella delle partizioni che contiene informazioni su tutte le unità logiche in cui è possibile dividere il disco rigido. L'accesso alle informazioni dipende tra l'altro direttamente dalla struttura organizzativa dei file, chiamata file system (FAT, NTFS, ecc.).
Nota che questa è l'interpretazione più primitiva del processo di caricamento, poiché in realtà tutto è molto più complicato.
lanciare programmi
Quindi, il sistema operativo è stato caricato. Ora concentriamoci sul funzionamento di programmi e applicazioni. Il processore centrale e la RAM sono i principali responsabili della loro esecuzione, per non parlare dei driver degli altri dispositivi coinvolti.
Il principio di funzionamento della memoria del computer è che quando un file eseguibile di un programma o un altro oggetto viene avviato dalla ROM o da un supporto rimovibile, quando l'applicazione svolge un ruolo complementare, alcuni componenti associati, molto spesso dinamici, vengono inseriti nella memoria ad accesso casuale (RAM) attraverso le librerie del kernel di sistema (anche se per i programmi semplici la loro presenza potrebbe non essere prevista) e i driver di dispositivo necessari per il funzionamento.
Forniscono la comunicazione tra il sistema operativo, il programma stesso e l'utente. È chiaro che maggiore è la RAM, maggiore è il numero di componenti che possono essere caricati al suo interno e più veloce sarà la loro elaborazione. Quando arrivano i comandi di interazione, il processore centrale entra in gioco ed esegue tutte le azioni computazionali del sistema. Al termine dell'esecuzione dell'applicazione o quando il computer viene spento, tutti i componenti della RAM vengono scaricati. Ma questo non sempre accade.
Modifica delle impostazioni di sistema
Alcuni processi potrebbero risiedere permanentemente nella RAM. Pertanto devono essere arrestati manualmente. Nei sistemi Windows molti servizi si avviano automaticamente, ma non sono assolutamente necessari per l'utente. In questo caso, viene applicata l'impostazione di esecuzione automatica. Nella versione più semplice, vengono utilizzati programmi di ottimizzazione che ripuliscono i processi non necessari e rimuovono automaticamente la spazzatura del computer. Ma questa è una conversazione separata.
Risposte alle domande:
- che è successo software applicativo;
- che è successo software di sistema;
- che è successo controllore;
- che è successo autista.
Prima di iniziare il racconto su cosa fare con un computer dopo averlo acceso, vorrei soffermarmi brevemente sui principi di funzionamento del sistema informatico.
Tutto quel “fascino” che hai acquistato in negozio, e di cui abbiamo parlato brevemente prima, viene solitamente chiamato “hardware” del computer (nel gergo degli informatici) o componente hardware di un sistema informatico (nel linguaggio scientifico).
L’hardware del computer può essere paragonato al corpo di una persona morta (o, almeno, addormentata, in modo che tutto non sia così cupo). Sembra che esista un computer, ma per ora è un grande circuito elettronico assolutamente inutile, poiché non può svolgere la sua funzione principale. Per "ravvivare" un computer (per respirare un'anima in un corpo morto o addormentato), è necessario un software appropriato (programmi per computer o software). Solo sotto l'influenza di programmi appropriati un sistema informatico può rivelare l'enorme potenziale che una persona ci ha messo!
Il modo più diffuso per distribuire il software è CD (CD, DVD) o Internet. Il software può essere suddiviso in due categorie fondamentalmente diverse: software applicativo E software di sistema.
Software applicativo- questi sono direttamente quei programmi che l'utente scarica (installa) sul proprio computer e poi lavora al loro interno. Ad esempio, il pacchetto software Microsoft Office (Word, Excel, Power Point) è un programma per lavorare con documenti di testo, fogli di calcolo e presentazioni. Sì, qualsiasi giocattolo installato su un computer è un software applicativo. Il software applicativo funziona direttamente con l'utente ed esegue l'una o l'altra attività applicativa.
Software di sistema- Si tratta di programmi progettati per controllare il funzionamento di un computer e di apparecchiature periferiche. Questo è il sistema operativo, i driver, il BIOS. Il software di sistema funziona fondamentalmente con l'hardware del computer, "dicendo" cosa e come fare con le informazioni in arrivo.
Quando il computer è acceso, l'alimentazione viene fornita a uno speciale chip BIOS (sistema di input/output di base), che controlla il caricamento iniziale dell'hardware del computer. Durante il processo di avvio vengono testati i sistemi informatici e i nodi, viene determinata la configurazione del sistema informatico (cosa è incluso nel sistema informatico, quali apparecchiature esterne sono collegate). Quindi inizia il caricamento del sistema operativo (nella stragrande maggioranza dei casi questa sarà una delle versioni di Windows). Dovresti aver installato il sistema operativo sul tuo computer al momento dell'acquisto. Windows esegue la configurazione finale dell'intero sistema e riporta tutte le apparecchiature in condizioni di lavoro. Tutto il lavoro successivo del computer avviene sotto il controllo di Windows.
Tutte le apparecchiature periferiche sono collegate al sistema informatico principale (in parole povere, al processore) tramite appositi controllori(più precisamente l'apparecchiatura è collegata al corrispondente connettore presente sull'unità di sistema; quindi possiamo dire che l'apparecchiatura è collegata al controller tramite un connettore). Controllore- Questo è un circuito elettronico appositamente progettato per il tuo dispositivo.
Affinché il controller possa coordinare correttamente il funzionamento del computer e del dispositivo periferico collegato, è necessario scaricare l'apposito autisti. Autista- questo è uno speciale programma di controllo che "dice" al controller cosa e come dovrebbe fare. I driver vengono generalmente scritti dagli sviluppatori di dispositivi periferici e forniti con tali dispositivi. Ad esempio, quando acquisti una stampante o uno scanner, troverai nella confezione un CD con i driver che dovranno essere installati sul tuo computer affinché l'apparecchiatura funzioni correttamente.
L'architettura dei computer moderni è stata sviluppata nel 1945. In questo metodo, comandi e dati vengono archiviati insieme nella memoria del computer. Un insieme di istruzioni, chiamato programma, e di dati vengono caricati in memoria. La memoria è divisa in singole celle, in modo che sia i comandi che i dati possano essere ritrovati in qualsiasi momento.
L'unità di elaborazione centrale (CPU) contiene un contatore di programma che mantiene l'ordine delle istruzioni. Dopo ogni operazione, il contatore del programma avanza di un passo.
Altri componenti della CPU includono un modulo di controllo, che dirige le operazioni di elaborazione dei dati passo dopo passo; un modulo logico aritmetico (ALM) che esegue operazioni di addizione, sottrazione e confronto.
Sulla destra ci sono i passaggi che spiegano come un computer manipola comandi e dati per eseguire una semplice attività di addizione. Il programma ordina al computer di sommare due numeri e di ricordarne la somma, come indicato nella terza riga sullo schermo (sotto), che recita "30 C = A+B". Sono necessari molti passaggi per completare questa attività, ma ogni passaggio richiede solo trenta miliardesimi di secondo e i calcoli sono molto veloci. Sebbene tutti i numeri all'interno del computer siano scritti in binario, qui sono rappresentati in decimale per facilitarne la lettura.
Istruire il computer
L'operatore ha scritto un breve programma nel linguaggio informatico BASIC. Le prime due righe, i numeri 10 e 20 (a sinistra), dicono al computer di recuperare i numeri dalla tastiera. I diagrammi a destra mostrano come il computer esegue il terzo comando. Questo comando, "C = A+B", dice al computer di sommare i numeri A e B, e la quarta riga dice al computer di ricordare il risultato. La riga 50 termina il programma. In questo caso, A è nella cella 86, B è nella cella 87 e C sarà definita nella cella 88.
1. Prime istruzioni. Il modulo di controllo riceve comandi dalle celle 78 e 79. Dopo aver decodificato i comandi, sa che deve fornire i dati dalla cella 86.
2. Movimento del primo numero. Il modulo di controllo copia A - il numero "3" dalla cella 86 e lo inserisce in uno dei registri - memoria temporanea per una piccola quantità di dati.
3. Lettura del comando “Addizione”. Il modulo di controllo riceve il comando successivo - il comando "aggiungi" - dalle celle 80 e 81 e decodifica questi comandi.
4. Lettura dei dati. Seguendo i comandi la centralina copia il valore B pari a 2 dalla cella 87 e lo inserisce nell'ALM.
5. Aggiunta di dati. Il primo numero viene prelevato dalla memoria del processore centrale e inviato all'ALM, dove vengono eseguite le operazioni matematiche. Un computer può aggiungere due numeri.
6. Conservazione temporanea. L'importo aggiunto viene temporaneamente memorizzato in un registro della CPU finché il modulo di controllo non riceve ulteriori istruzioni dall'utente.
7. Somma. Il modulo di controllo riceve un comando dalla cella 82 per archiviare i dati in memoria nella posizione 88, dove saranno facilmente accessibili per i calcoli successivi
8. Stoccaggio. Il modulo di controllo inserisce l'importo, il numero "5", nella cella 88 secondo il comando, completando le otto operazioni necessarie per completare una pila di toogoamma.
L'architettura dei computer moderni è stata sviluppata nel 1945. In questo metodo, comandi e dati vengono archiviati insieme nella memoria del computer. Un insieme di istruzioni, chiamato programma, e di dati vengono caricati in memoria. La memoria è divisa in singole celle, in modo che sia i comandi che i dati possano essere ritrovati in qualsiasi momento.
L'unità di elaborazione centrale (CPU) contiene un contatore di programma che mantiene l'ordine delle istruzioni. Dopo ogni operazione, il contatore del programma avanza di un passo.
Altri componenti della CPU includono un modulo di controllo, che dirige le operazioni di elaborazione dei dati passo dopo passo; un modulo logico aritmetico (ALM) che esegue operazioni di addizione, sottrazione e confronto.
Sulla destra ci sono i passaggi che spiegano come un computer manipola comandi e dati per eseguire una semplice attività di addizione. Il programma ordina al computer di sommare due numeri e di ricordarne la somma, come indicato nella terza riga sullo schermo (sotto), che recita "30 C = A+B". Sono necessari molti passaggi per completare questa attività, ma ogni passaggio richiede solo trenta miliardesimi di secondo e i calcoli sono molto veloci. Sebbene tutti i numeri all'interno del computer siano scritti in binario, qui sono rappresentati in decimale per facilitarne la lettura.
Istruire il computer
L'operatore ha scritto un breve programma nel linguaggio informatico BASIC. Le prime due righe, i numeri 10 e 20 (a sinistra), dicono al computer di recuperare i numeri dalla tastiera. I diagrammi a destra mostrano come il computer esegue il terzo comando. Questo comando, "C = A+B", dice al computer di sommare i numeri A e B, e la quarta riga dice al computer di ricordare il risultato. La riga 50 termina il programma. In questo caso, A è nella cella 86, B è nella cella 87 e C sarà definita nella cella 88.
1. Prime istruzioni. Il modulo di controllo riceve comandi dalle celle 78 e 79. Dopo aver decodificato i comandi, sa che deve fornire i dati dalla cella 86.
2. Movimento del primo numero. Il modulo di controllo copia A - il numero "3" dalla cella 86 e lo inserisce in uno dei registri - memoria temporanea per una piccola quantità di dati.
3. Lettura del comando “Addizione”. Il modulo di controllo riceve il comando successivo - il comando "aggiungi" - dalle celle 80 e 81 e decodifica questi comandi.
4. Lettura dei dati. Seguendo i comandi la centralina copia il valore B pari a 2 dalla cella 87 e lo inserisce nell'ALM.
5. Aggiunta di dati. Il primo numero viene prelevato dalla memoria del processore centrale e inviato all'ALM, dove vengono eseguite le operazioni matematiche. Un computer può aggiungere due numeri.
6. Conservazione temporanea. L'importo aggiunto viene temporaneamente memorizzato in un registro della CPU finché il modulo di controllo non riceve ulteriori istruzioni dall'utente.
7. Somma. Il modulo di controllo riceve un comando dalla cella 82 per archiviare i dati in memoria nella posizione 88, dove saranno facilmente accessibili per i calcoli successivi
8. Stoccaggio. Il modulo di controllo inserisce l'importo, il numero "5", nella cella 88 secondo il comando, completando le otto operazioni necessarie per completare una pila di toogoamma.
Un personal computer è un sistema tecnico universale.
La sua configurazione (composizione dell'apparecchiatura) può essere modificata in modo flessibile secondo necessità.
Tuttavia, esiste un concetto di configurazione di base che è considerato tipico. Il computer viene solitamente fornito con questo kit.
Il concetto di configurazione di base può variare.
Attualmente nella configurazione base vengono considerati quattro dispositivi:
- unità di sistema;
- tenere sotto controllo;
- tastiera;
- topo.
Oltre ai computer con configurazione base, stanno diventando sempre più comuni computer multimediali dotati di lettore CD, altoparlanti e microfono.
Riferimento: "Yulmart", di gran lunga il negozio online migliore e più conveniente dove gratuito Verrai avvisato al momento dell'acquisto di un computer di qualsiasi configurazione.
L'unità di sistema è l'unità principale all'interno della quale sono installati i componenti più importanti.
I dispositivi situati all'interno dell'unità di sistema sono chiamati interni e i dispositivi ad essa collegati dall'esterno sono chiamati esterni.
Anche i dispositivi esterni aggiuntivi progettati per l'input, l'output e l'archiviazione a lungo termine dei dati sono chiamati periferiche.
Come funziona l'unità di sistema
In apparenza, le unità di sistema differiscono nella forma del case.
I case dei personal computer sono prodotti nelle versioni orizzontale (desktop) e verticale (tower).
Le custodie verticali si distinguono per dimensioni:
- a grandezza naturale (grande torre);
- di medie dimensioni (midi tower);
- di piccole dimensioni (minitorre).
Tra i case che presentano un design orizzontale ci sono i flat e soprattutto i flat (slim).
La scelta dell'uno o dell'altro tipo di case è determinata dal gusto e dalle esigenze di aggiornamento del computer.
Il tipo di case più ottimale per la maggior parte degli utenti è un case mini tower.
Ha dimensioni ridotte e può essere comodamente posizionato sia sulla scrivania, su un comodino vicino alla scrivania, sia su un apposito supporto.
Ha spazio sufficiente per ospitare da cinque a sette schede di espansione.
Oltre alla forma, per il caso è importante un parametro chiamato fattore di forma, da cui dipendono i requisiti per i dispositivi da posizionare.
Attualmente vengono utilizzati principalmente casi di due fattori di forma: AT e ATX.
Il fattore di forma del case deve essere coerente con il fattore di forma della scheda principale (di sistema) del computer, la cosiddetta scheda madre.
I case dei personal computer vengono forniti con un alimentatore e, quindi, anche la potenza dell'alimentatore è uno dei parametri del case.
Per i modelli di massa è sufficiente un alimentatore di 200-250 W.
L'unità di sistema include (può ospitare):
- Scheda madre
- Chip ROM e sistema BIOS
- Memoria CMOS non volatile
- HDD
Scheda madre
Scheda madre (scheda madre) - la scheda principale di un personal computer, che è un foglio di fibra di vetro ricoperto da un foglio di rame.
Incidendo la lamina si ottengono sottili conduttori di rame che collegano i componenti elettronici.
La scheda madre contiene:
- processore: il chip principale che esegue la maggior parte delle operazioni matematiche e logiche;
- bus - insiemi di conduttori attraverso i quali vengono scambiati i segnali tra i dispositivi interni del computer;
- memoria ad accesso casuale (memoria ad accesso casuale, RAM) - un insieme di chip progettati per memorizzare temporaneamente i dati quando il computer è acceso;
- La ROM (memoria di sola lettura) è un chip progettato per l'archiviazione di dati a lungo termine, anche quando il computer è spento;
- kit microprocessore (chipset) - un insieme di chip che controllano il funzionamento dei dispositivi interni del computer e determinano la funzionalità di base della scheda madre;
- connettori per il collegamento di dispositivi aggiuntivi (slot).
(microprocessore, unità di elaborazione centrale, CPU) - il chip del computer principale in cui vengono eseguiti tutti i calcoli.
È un chip di grandi dimensioni che può essere facilmente trovato sulla scheda madre.
Il processore ha un grande dissipatore di calore alettato in rame raffreddato da una ventola.
Strutturalmente, il processore è costituito da celle in cui i dati non solo possono essere archiviati, ma anche modificati.
Le celle interne del processore sono chiamate registri.
È anche importante notare che i dati inseriti in alcuni registri non sono considerati dati, ma istruzioni che controllano il trattamento dei dati in altri registri.
Tra i registri del processore ci sono quelli che, a seconda del loro contenuto, sono in grado di modificare l'esecuzione dei comandi. Pertanto, controllando l'invio dei dati ai diversi registri del responsabile del trattamento, è possibile controllare il trattamento dei dati.
Questo è ciò su cui si basa l'esecuzione del programma.
Il processore è collegato al resto dei dispositivi del computer, e principalmente alla RAM, tramite diversi gruppi di conduttori chiamati bus.
Esistono tre bus principali: bus dati, bus indirizzi e bus comandi.
Autobus degli indirizzi
I processori Intel Pentium (ovvero, sono i più comuni nei personal computer) hanno un bus di indirizzi a 32 bit, ovvero composto da 32 linee parallele. A seconda che ci sia o meno tensione su una delle linee, dicono che questa linea è impostata su uno o zero. La combinazione di 32 zeri e uno forma un indirizzo a 32 bit che punta a una delle celle della RAM. Il processore è collegato ad esso per copiare i dati dalla cella in uno dei suoi registri.
Bus dati
Questo bus copia i dati dalla RAM ai registri del processore e viceversa. Nei computer basati su processori Intel Pentium, il bus dati è a 64 bit, ovvero è composto da 64 linee, lungo le quali vengono ricevuti 8 byte alla volta per l'elaborazione.
Autobus di comando
Affinché il processore possa elaborare i dati, ha bisogno di istruzioni. Deve sapere cosa fare con i byte memorizzati nei suoi registri. Questi comandi arrivano anche al processore dalla RAM, ma non dalle aree in cui sono archiviati gli array di dati, ma da dove sono archiviati i programmi. Anche i comandi sono rappresentati in byte. I comandi più semplici stanno in un byte, ma ci sono anche quelli che richiedono due, tre o più byte. La maggior parte dei processori moderni dispone di un bus di istruzioni a 32 bit (ad esempio, il processore Intel Pentium), sebbene esistano processori a 64 bit e persino processori a 128 bit.
Durante il funzionamento, il processore serve i dati che si trovano nei suoi registri, nel campo RAM, nonché i dati che si trovano nelle porte esterne del processore.
Interpreta alcuni dati direttamente come dati, alcuni come dati di indirizzo e altri come comandi.
L'insieme di tutte le possibili istruzioni che un processore può eseguire sui dati costituisce il cosiddetto sistema di istruzioni del processore.
I parametri principali dei processori sono:
- tensione operativa
- profondità di bit
- frequenza dell'orologio operativo
- moltiplicatore dell'orologio interno
- dimensione della cache
La tensione operativa del processore è fornita dalla scheda madre, quindi diverse marche di processori corrispondono a diverse schede madri (devono essere selezionate insieme). Con lo sviluppo della tecnologia dei processori, la tensione operativa diminuisce gradualmente.
La capacità del processore mostra quanti bit di dati può ricevere ed elaborare nei suoi registri alla volta (in un ciclo di clock).
Il processore si basa sullo stesso principio dell'orologio di un normale orologio. L'esecuzione di ciascun comando richiede un certo numero di cicli di clock.
In un orologio da parete i cicli di oscillazione sono fissati da un pendolo; negli orologi meccanici manuali sono regolati da un pendolo a molla; A tale scopo, gli orologi elettronici dispongono di un circuito oscillatorio che imposta i cicli dell'orologio su una frequenza rigorosamente definita.
In un personal computer, gli impulsi di clock vengono impostati da uno dei microcircuiti inclusi nel kit del microprocessore (chipset) situato sulla scheda madre.
Maggiore è la frequenza di clock che arriva al processore, maggiore è il numero di comandi che può eseguire per unità di tempo, maggiori sono le sue prestazioni.
Lo scambio di dati all'interno del processore avviene molte volte più velocemente rispetto allo scambio con altri dispositivi, come la RAM.
Per ridurre il numero di accessi alla RAM, all'interno del processore viene creata un'area buffer, la cosiddetta memoria cache, simile alla "super-RAM".
Quando il processore ha bisogno di dati, accede prima alla memoria cache e solo se i dati necessari non sono presenti accede alla RAM.
Ricevendo un blocco di dati dalla RAM, il processore lo inserisce contemporaneamente nella memoria cache.
Gli accessi riusciti alla memoria cache sono chiamati riscontri nella cache.
Maggiore è la dimensione della cache, maggiore è il tasso di successo, motivo per cui i processori ad alte prestazioni sono dotati di una dimensione della cache maggiore.
La memoria cache è spesso distribuita su più livelli.
La cache di primo livello viene eseguita sullo stesso chip del processore stesso e ha un volume dell'ordine di decine di kilobyte.
La cache L2 si trova sul die del processore o sullo stesso nodo del processore, sebbene eseguita su un die separato.
Le cache di primo e secondo livello funzionano a una frequenza coerente con la frequenza del core del processore.
La memoria cache di terzo livello viene eseguita su chip di tipo SRAM ad alta velocità ed è posizionata sulla scheda madre vicino al processore. Il suo volume può raggiungere diversi MB, ma funziona alla frequenza della scheda madre.
Interfacce bus della scheda madre
La connessione tra tutti i dispositivi nativi e collegati della scheda madre viene eseguita dai suoi bus e dispositivi logici situati nel chipset del microprocessore (chipset).
Le prestazioni di un computer dipendono in gran parte dall'architettura di questi elementi.
Interfacce bus
È UN(Industry Standard Architecture) è un bus di sistema obsoleto di computer IBM compatibili con PC.
EISA(Extended Industry Standard Architecture) - Estensione dello standard ISA. È dotato di un connettore più grande e di prestazioni migliorate (fino a 32 MB/s). Come l'ISA, questo standard è ormai considerato obsoleto.
PCI(Peripheral Component Interconnect - letteralmente: interconnessione di componenti periferici) - un bus di ingresso/uscita per il collegamento di dispositivi periferici alla scheda madre del computer.
AGP(Porta grafica accelerata - porta grafica accelerata) - sviluppato nel 1997 da Intel, un bus di sistema specializzato a 32 bit per una scheda video. L'obiettivo principale degli sviluppatori era aumentare le prestazioni e ridurre il costo della scheda video riducendo la quantità di memoria video incorporata.
USB(Universal Serial Bus - bus seriale universale) - Questo standard definisce il modo in cui un computer interagisce con le apparecchiature periferiche. Ti consente di connettere fino a 256 dispositivi diversi con un'interfaccia seriale. I dispositivi possono essere collegati in catene (ogni dispositivo successivo è collegato a quello precedente). La potenza del bus USB è relativamente bassa e arriva fino a 1,5 Mbit/s, ma per dispositivi come tastiera, mouse, modem, joystick ecc. è sufficiente. La comodità del bus è che elimina praticamente i conflitti tra diverse apparecchiature, consente di connettere e disconnettere dispositivi in “modalità caldo” (senza spegnere il computer) e consente di connettere più computer in una semplice rete locale senza l'uso di attrezzature e software speciali.
I parametri del kit microprocessore (chipset) determinano in larga misura le proprietà e le funzioni della scheda madre.
Attualmente, la maggior parte dei chipset delle schede madri sono prodotti sulla base di due chip, chiamati “north bridge” e “south bridge”.
Il North Bridge controlla l'interconnessione di quattro dispositivi: processore, RAM, porta AGP e bus PCI. Pertanto, è anche chiamato controller a quattro porte.
"South Bridge" è anche chiamato controller funzionale. Esegue le funzioni di controller di disco rigido e floppy, funzioni bridge ISA - PCI, controller di tastiera, controller di mouse, bus USB, ecc.
(RAM - Random Access Memory) è un insieme di celle cristalline in grado di immagazzinare dati.
Esistono molti tipi diversi di RAM, ma dal punto di vista del principio fisico di funzionamento si distingue tra memoria dinamica (DRAM) e memoria statica (SRAM).
Le celle della memoria dinamica (DRAM) possono essere pensate come microcondensatori in grado di immagazzinare carica sulle loro piastre.
Questo è il tipo di memoria più comune ed economicamente disponibile.
Gli svantaggi di questo tipo sono associati, in primo luogo, al fatto che sia durante la carica che durante la scarica dei condensatori, i processi transitori sono inevitabili, ovvero la registrazione dei dati avviene in modo relativamente lento.
Il secondo importante inconveniente è legato al fatto che le cariche delle celle tendono a dissiparsi nello spazio, e molto velocemente.
Se la RAM non viene “ricaricata” costantemente, la perdita dei dati avviene nel giro di pochi centesimi di secondo.
Per combattere questo fenomeno, il computer subisce una costante rigenerazione (rinfresco, ricarica) delle celle della RAM.
La rigenerazione avviene diverse decine di volte al secondo e causa uno spreco di risorse del sistema informatico.
Le celle di memoria statiche (SRAM) possono essere pensate come microelementi elettronici: flip-flop costituiti da diversi transistor.
Il trigger non memorizza la carica, ma lo stato (on/off), quindi questo tipo di memoria offre prestazioni più elevate, sebbene sia tecnologicamente più complessa e, di conseguenza, più costosa.
I chip di memoria dinamica vengono utilizzati come RAM principale di un computer.
I chip di memoria statica vengono utilizzati come memoria ausiliaria (la cosiddetta memoria cache), progettata per ottimizzare il funzionamento del processore.
Ogni cella di memoria ha il proprio indirizzo, espresso come numero.
Una cella indirizzabile contiene otto celle binarie in cui possono essere memorizzati 8 bit, ovvero un byte di dati.
Pertanto, l'indirizzo di qualsiasi cella di memoria può essere espresso in quattro byte.
La RAM in un computer si trova su pannelli standard chiamati moduli.
I moduli RAM vengono inseriti negli slot corrispondenti sulla scheda madre.
Strutturalmente, i moduli di memoria hanno due design: a riga singola (moduli SIMM) e a doppia riga (moduli DIMM).
Le caratteristiche principali dei moduli RAM sono la capacità di memoria e il tempo di accesso.
Il tempo di accesso mostra quanto tempo è necessario per accedere alle celle di memoria: più è breve, meglio è. Il tempo di accesso viene misurato in miliardesimi di secondo (nanosecondi, ns).
Chip ROM e sistema BIOS
Quando il computer è acceso, non c'è nulla nella sua RAM, né dati né programmi, poiché la RAM non può memorizzare nulla senza ricaricare le celle per più di centesimi di secondo, ma il processore necessita di comandi, anche al primo momento dopo averlo acceso SU.
Pertanto, subito dopo l'accensione, l'indirizzo iniziale viene impostato sul bus degli indirizzi del processore.
Ciò avviene nell'hardware, senza la partecipazione di programmi (sempre gli stessi).
Il processore indirizza il suo primo comando all'indirizzo impostato e poi inizia a lavorare secondo i programmi.
Questo indirizzo di origine non può puntare alla RAM, che non contiene ancora nulla.
Si riferisce a un altro tipo di memoria, memoria di sola lettura (ROM).
Il chip ROM è in grado di memorizzare informazioni per lungo tempo, anche quando il computer è spento.
I programmi situati nella ROM sono chiamati "cablati" - sono scritti lì nella fase di produzione del microcircuito.
Un insieme di programmi situati nella ROM costituisce il sistema di input/output di base (BIOS - Basic Input Output System).
Lo scopo principale dei programmi contenuti in questo pacchetto è verificare la composizione e la funzionalità del sistema informatico e garantire l'interazione con tastiera, monitor, disco rigido e unità floppy.
I programmi inclusi nel BIOS ci consentono di osservare i messaggi diagnostici sullo schermo che accompagnano l'avvio del computer, oltre a interferire con il processo di avvio utilizzando la tastiera.
Memoria CMOS non volatile
Il funzionamento di dispositivi standard come una tastiera può essere supportato dai programmi inclusi nel BIOS, ma tali strumenti non possono garantire il funzionamento con tutti i dispositivi possibili.
I produttori di BIOS, ad esempio, non sanno assolutamente nulla dei parametri dei nostri dischi rigidi e floppy disk, non conoscono né la composizione né le proprietà di alcun sistema informatico.
Per iniziare con altro hardware, i programmi inclusi nel BIOS devono sapere dove trovare le impostazioni di cui hanno bisogno.
Per ovvi motivi, non possono essere memorizzati né nella RAM né nella ROM.
Appositamente a questo scopo la scheda madre è dotata di un chip di “memoria non volatile”, chiamato CMOS secondo la sua tecnologia di produzione.
Si differenzia dalla RAM in quanto il suo contenuto non viene cancellato quando il computer è spento, e differisce dalla ROM in quanto i dati possono essere inseriti e modificati in modo indipendente, a seconda dell'apparecchiatura inclusa nel sistema.
Questo chip è costantemente alimentato da una piccola batteria situata sulla scheda madre.
La carica di questa batteria è sufficiente per garantire che il microcircuito non perda dati, anche se il computer non viene acceso per diversi anni.
Il chip CMOS memorizza i dati sui dischi floppy e rigidi, sul processore e su alcuni altri dispositivi sulla scheda madre.
Il fatto che il computer tenga traccia chiaramente dell'ora e del calendario (anche quando è spento) è dovuto anche al fatto che l'orologio di sistema viene costantemente memorizzato (e modificato) nel CMOS.
Pertanto, i programmi scritti nel BIOS leggono i dati sulla composizione dell'hardware del computer dal chip CMOS, dopodiché possono accedere al disco rigido e, se necessario, al disco flessibile e trasferire il controllo ai programmi ivi registrati.
HDD
HDD- il dispositivo principale per l'archiviazione a lungo termine di grandi quantità di dati e programmi.
In realtà, questo non è un disco, ma un gruppo di dischi coassiali che hanno un rivestimento magnetico e ruotano ad alta velocità.
Pertanto, questo “disco” non ha due superfici, come avrebbe un normale disco piatto, ma 2n superfici, dove n è il numero di singoli dischi nel gruppo.
Sopra ogni superficie è presente una testina progettata per la lettura e la scrittura dei dati.
A velocità di rotazione elevate del disco (90 giri/min) nello spazio tra la testa e la superficie si forma un cuscino aerodinamico e la testa galleggia sopra la superficie magnetica ad un'altezza di diversi millesimi di millimetro.
Quando la corrente che scorre attraverso la testina cambia, cambia l'intensità del campo magnetico dinamico nell'intercapedine, che provoca cambiamenti nel campo magnetico stazionario delle particelle ferromagnetiche che formano il rivestimento del disco. In questo modo i dati vengono scritti sulla testina magnetica. disco.
L'operazione di lettura avviene in ordine inverso.
Le particelle di rivestimento magnetizzate che volano ad alta velocità vicino alla testa inducono in essa una fem di autoinduzione.
I segnali elettromagnetici generati in questo caso vengono amplificati e trasmessi per l'elaborazione.
Il funzionamento del disco rigido è controllato da uno speciale dispositivo logico hardware: il controller del disco rigido.
Attualmente, le funzioni dei controller del disco vengono eseguite dai microcircuiti inclusi nel kit del microprocessore (chipset), sebbene alcuni tipi di controller del disco rigido ad alte prestazioni siano ancora forniti su una scheda separata.
I parametri principali dei dischi rigidi includono capacità e prestazioni.
Può essere archiviato sul disco rigido per anni, ma a volte è necessario trasferirlo da un computer all'altro.
Nonostante il nome, un disco rigido è un dispositivo molto fragile, sensibile a sovraccarichi, urti e scosse.
In teoria, è possibile trasferire informazioni da un posto di lavoro all'altro spostando il disco rigido, e in alcuni casi ciò viene fatto, ma questa tecnica è comunque considerata a bassa tecnologia, poiché richiede cure speciali e determinate qualifiche.
Per trasferire rapidamente piccole quantità di informazioni, vengono utilizzati i cosiddetti dischi magnetici flessibili (dischi floppy), che vengono inseriti in uno speciale dispositivo di memorizzazione: un'unità floppy.
Il foro di ricezione dell'unità si trova sul pannello anteriore dell'unità di sistema.
Dal 1984 vengono prodotti floppy disk da 5,25 pollici ad alta densità (1,2 MB).
Oggi le unità da 5,25 pollici non vengono utilizzate e le unità da 5,25 pollici non sono più incluse nella configurazione di base dei personal computer dopo il 1994.
I floppy disk da 3,5 pollici vengono prodotti dal 1980.
Al giorno d'oggi, i dischi ad alta densità da 3,5 pollici sono considerati standard. Hanno una capacità di 1440 KB (1,4 MB) e sono contrassegnati con la sigla HD (alta densità).
Sul lato inferiore il dischetto ha un manicotto centrale che viene catturato dall'alberino e ruotato.
La superficie magnetica è ricoperta da una tenda scorrevole per proteggerla da umidità, sporco e polvere.
Se un dischetto contiene dati importanti, è possibile proteggerlo dalla cancellazione o dalla sovrascrittura facendo scorrere lo sportello di sicurezza per creare un foro aperto.
I floppy disk sono considerati supporti di memorizzazione inaffidabili.
Polvere, sporco, umidità, sbalzi di temperatura e campi elettromagnetici esterni molto spesso causano la perdita parziale o totale dei dati memorizzati su un floppy disk.
Pertanto, l'utilizzo dei floppy disk come mezzo principale per archiviare le informazioni è inaccettabile.
Vengono utilizzati solo per il trasporto di informazioni o come dispositivo di archiviazione aggiuntivo (backup).
Lettore CD-ROM
L'abbreviazione CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) è tradotta in russo come dispositivo di archiviazione permanente basato su un compact disc.
Il principio di funzionamento di questo dispositivo è leggere i dati numerici utilizzando un raggio laser riflesso dalla superficie del disco.
La registrazione digitale su CD differisce dalla registrazione su dischi magnetici per la sua densità molto elevata e un CD standard può memorizzare circa 650 MB di dati.
Grandi quantità di dati sono tipiche delle informazioni multimediali (grafica, musica, video), quindi le unità CD-ROM sono classificate come hardware multimediale.
I prodotti software distribuiti su laser disc sono chiamati pubblicazioni multimediali.
Oggi le pubblicazioni multimediali stanno guadagnando un posto sempre più forte tra le altre tipologie di pubblicazioni tradizionali.
Ad esempio, ci sono libri, album, enciclopedie e persino periodici (riviste elettroniche) pubblicati su CD-ROM.
Lo svantaggio principale delle unità CD-ROM standard è l'incapacità di scrivere dati, ma parallelamente ad essi ci sono sia dispositivi di scrittura una volta CD-R (Compact Disk Recorder) che dispositivi di scrittura una volta CD-RW.
Il parametro principale delle unità CD-ROM è la velocità di lettura dei dati.
Attualmente i dispositivi più comuni sono i lettori CD-ROM con prestazioni di 32x-50x. Esempi moderni di dispositivi a scrittura singola hanno prestazioni di 4x-8x e dispositivi a scrittura multipla - fino a 4x.
