Память в персональных компьютерах

При имеющемся в последние годы значительном повышении скорости процессоров быстродействие компьютерных систем может увеличиваться не столь заметно. Это связано с тем, что мощность компьютера определяется его общей архитектурой и зависит не только от тактовой частоты процессора. Важную роль в повышении быстродействия систем играют скорость работы памяти и пропускная способность шины.

Для офисных приложений особенно критичным часто оказывается организация взаимодействия центрального процессора и оперативной памяти. Большую роль в связи с этим играют память и наборы микросхем, установленные на системной плате.

Наиболее важные характеристики памяти — ее емкость (объем хранимой информации) и время доступа. В настоящее время в качестве запоминающих элементов оперативной памяти используются большие интегральные микросхемы (БИС). При обработке информации процессором может произойти обращение к любой ячейке оперативной памяти, поэтому ее называют памятью с произвольным доступом, или RAM (Random Access Memory). Существуют различные типы модулей памяти

В современных ПК имеется, как правило, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), или ROM (Read Only Memory). Важнейшей функцией этой памяти является хранение BIOS (Basic Input Output System — базовая система ввода-вывода). Программы, входящие в BIOS тестируют основные устройства, необходимые для работы ПК.

Кроме того, в ПК имеется память с питанием от батарейки, называемая CMOS RAM объемом 256 байт. Эта служит для хранения данных о текущих параметрах (параметры жестких дисков, оперативной памяти, микропроцессора, показания часов и т.д.). При необходимости содержимое CMOS RAM можно корректировать.

Системная плата(материнская) служит основой для размещения ряда основных устройств ПК: микропроцессора, ОЗУ, ПЗУ СMOS памяти, системной и локальных шин. Специально для работы с графическими и видеоданными разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port). Универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus) разработана для одновременного подключения к компьютеру большого числа периферийных устройств, а также для облегчения процесса установки новых устройств.

Системная плата играет важную роль: от ее характеристик во многом зависит работа ПК. Существует несколько типов системных плат, которые обычно ориентированы на конкретные микропроцессоры. В условиях быстрого обновления аппаратной части компьютеров выбор системной платы особенно важен, так как он во многом определяет возможности будущей модернизации компьютера

ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК

Внешними называются устройства, обеспечивающие ввод, вывод и накопление информации в ПК и взаимодействующие с процессором и оперативной памятью через системную или локальную шину, а также через порты ввода-вывода.

В соответствии с этим определением к внешним относятся как устройства, находящиеся вне системного блока (клавиатура, мышь, монитор, принтер, внешний модем, сканер и т.д.), так и устройства, размещаемые внутри него (накопители на дисках, контроллеры устройств, внутренние факс-модемы и др.).

Нередко внешние устройства называются периферийными. Однако термин «периферийные» иногда используется в узком смысле: им обозначают часть устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации (клавиатуру, координатные манипуляторы, сканеры, дигитайзеры, принтеры, графопостроители и т.д.). Поэтому здесь и далее нами используется термин «внешние устройства».

Для IBM-совместимых ПК большинство внешних устройств управляется контроллерами, установленными в разъемы расширения материнской платы.

Контроллер — это плата, управляющая работой конкретного типа внешних устройств и обеспечивающая их связь с системной (материнской) платой.

Большинство контроллеров являются платами расширения системы. Иногда (особенно в портативных компьютерах) непосредственно в материнскую плату встраиваются и другие контроллеры, в том числе видеоадаптеры и звуковые платы.

Платы расширения. Платы расширения (дочерние платы) устанавливаются на материнскую плату. Они предназначены для подключения к шине ПК дополнительных устройств. Как правило, материнская плата имеет от 4 до 8 разъемов (слотов) расширения. Они бывают 8-, 16- и 32-разрядные в соответствии с разрядностью процессора и параметрами внешней шины данных материнской платы.

Важнейшими типами плат расширения являются:

1) видеоадаптеры (графические ускорители);

2) внутренние модемы;

3) звуковые платы;

4) адаптеры локальной сети.

При организации операций ввода-вывода в ПК необходимо согласование одинакового кода передаваемых данных, согласование скоростей передачи и приема данных, обеспечение единства формата обмена данными и наличия стандартного протокола управляющих сигналов.

Для выполнения перечисленных требований в ПК предусмотрены специальные контроллеры ввода-вывода. Ввод-вывод реализуется через порты ввода-вывода.

Последовательный порт передает информацию по одному биту. В ПК можно использовать до четырех последовательных портов — СОМ1, COM2, COM3, COM4. Через последовательные порты подключаются такие устройства, как «мышь», внешний модем и плоттер.

Параллельный порт передает информацию побайтно. Максимально ПК может использовать 3 параллельных порта: LPT1, LPT2, LPT3. Обычно параллельные порты используются для подключения принтеров.

Однако через параллельный порт могут подключаться и другие устройства: внешние накопители, сканеры, ключи аппаратной защиты программ от несанкционированного копирования. Необходимо помнить, что при включенном ПК нельзя присоединять кабели к разъемам последовательных и параллельных портов — это может вывести из строя платы контроллеров ввода-вывода и присоединенные устройства.

Для связи портативного и настольного ПК, а также настольного ПК с некоторыми моделями лазерных принтеров в последнее время часто используются инфракрасные порты, обеспечивающие беспроводное взаимодействие устройств.

Ожидается, что в ближайшем будущем порты будут вытеснены шиной USB (Universal ScriaJ Bus — универсальная последовательная шина), обеспечивающей значительно большую скорость обмена, чем обычные порты. USB будет использоваться для соединения с внешними проигрывателями дисков DVD и CD-ROM, с цифровыми видео- и фотокамерами, а в последующем и с жесткими дисками.

НАКОПИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Накопитель — устройство для долговременного хранения больших объемов информации.

Помимо термина накопители в литературе применяют следующие его аналоги: внешние запоминающие устройства (ПЗУ) и устройства массовой памяти (Mass Storage Device).

По способу размещения в ПК накопители бывают:

внешние — располагаются вне системного блока, имеют собственный наружный корпус, источник питания с собственным выключателем и кабелем;

внутренние — располагаются на монтажной стойке системного блока ПК. Они не имеют собственного корпуса, подключаются непосредственно к контроллеру накопителей и источнику питания ПК.

По способу записи накопители разделяются:

• устройства произвольного доступа (накопители на магнитных дисках — НМД);

• устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах — НМЛ).

Основными типами накопителей на дисках являются:

• накопители на гибких магнитных дисках — НГМД (floppy disk drives (FDD));

• накопители на жестких магнитных дисках — НЖМД (hard disk drives (HDD)), винчестер (Winchester disk);

• накопители на сменных компакт-дисках (CD-ROM drives);

Помимо указанных типов накопителей, в последнее время широко используются накопители на перезаписываемых оптических дисках, накопители на сменных магнитных дисках большой емкости, а также накопители на магнитооптических дисках, флэш-память.

Накопители на гибких магнитных дисках (дискетах). Информация на дискету записывается по концентрическим окружностям, называемым дорожками. Дорожки, в свою очередь, делятся на отдельные секторы, между которыми имеются так называемые межсекторные промежутки. Количество дорожек и секторов, а также размер сектора зависят от типов устройства и носителя, а также способа разметки (форматирования) последнего.

Форматирование — это процесс записи на диск специальной управляющей информации, определяющей точки начала и конца отдельных секторов дискеты. Оно выполняется специальными программами. Стандартное форматирование дискет размером 3,5 дюйма позволяет размещать на них до 1,44 Мбайта информации.

Накопители на жестких магнитных дисках. НЖМД представляют собой несколько металлических дисков, размещенных на одной оси и заключенных в герметизированный металлический корпус. Поверхности дисков покрыты специальным магниточувствительным веществом. Каждая поверхность имеет свою головку чтения-записи. Все головки размещены на общем приводе и перемещаются вдоль диска одновременно. Скорость вращения современных НЖМД — 5400 — 7200 об/мин. Жесткие диски несменяемы. Они требуют очень бережного обращения, поскольку даже при незначительной тряске или ударах головки легко могут быть повреждены.

Так же как в случае с дискетами, жесткие диски перед использованием должны быть отформатированы.

Информация на жестких дисках размещается на дорожках, а внутри дорожек — по секторам. Поскольку НЖМД состоит из нескольких пластин, часто используется понятие цилиндра. Цилиндр — это совокупность дорожек на пакете магнитных дисков с одинаковыми номерами.

Основными характеристиками НЖМД являются:

• информационная емкость;

• плотность записи;

• число дорожек;

• время доступа (в миллисекундах);

• наружные габариты.

В современных ПК информационная емкость НЖМД измеряется в Гбайтах. В ПК массового применения время доступа к НЖМД обычно находится в интервале от 8 до 18 мс. В настольных ПК обычно используются НЖМД с габаритами 3,5 дюйма, в портативных — 2,5 дюйма.

Накопители на сменных компакт-дисках. Накопители на сменных компакт-дисках (CD-ROM drives) являются популярным видом накопителей, необходимых для использования систем мультимедиа. Они позволяют считывать информацию с компакт-дисков, вмещающих до 650 Мбайт. Все шире начинают использоваться накопители на DVD-ROM-дисках, которые способны вмешать до 17 Гбайт информации. Накопители DVD могут использоваться и для считывания информации с обычных CD-ROM-дисков.

Накопители на перезаписываемых компакт-дисках. В последнее время получили широкое распространение перезаписываемые компакт-диски: CD-R и CD-RW.

Накопители на CD-R-дисках допускают однократную запись информации на компакт-диск, а накопители CD-RW позволяют многократно перезаписывать компакт-диски. В них используются специальные диски, допускающие запись с помощью этих устройств. Диски для накопителей CD-R могут использоваться и для однократной записи на устройствах CD-RW.

Чтение информации с CD-R- и CD-RW-дисков может осуществляться с обычных накопителей на компакт-дисках.

Начинают использоваться также и накопители DVD-RAM, DVD-RW и др., обеспечивающие запись и перезапись DVD-дисков. Однако соответствующие стандарты для них еще окончательно не выработаны.

Накопители на сменных магнитных дисках большой емкости.

На смену старым моделям НГМД приходят их усовершенствованные разновидности, позволяющие записывать на специальные дискеты большие объемы информации.

Накопители на магнитооптических дисках. Накопители на стираемых магнитооптических дисках основаны на оригинальной схеме чтения-записи информации, обеспечивающей высокую (650 Мбайт и выше) информационную емкость носителей и надежность хранения информации. Запись производится относительно медленно, а считывание — быстро.

Накопители на магнитной ленте. Стриммер — устройство для записи и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнитной лентой. Стриммеры используются в ПК для резервного архивирования информации и создаются как во внешнем, так и во внутреннем исполнении. Их основными достоинствами являются большие объемы хранимой информации (нескольких десятков гбайтов) и низкая стоимость хранения данных.

ВИДЕОКОНТРОЛЛЕРЫ И МОНИТОРЫ

Отображение информации на экране монитора ПК обеспечивается видеоадаптерами (видеоконтроллерами).

Видеоконтроллер — плата расширения, обеспечивающая формирование изображения на экране монитора на основе информации, передаваемой от процессора.

Информация может отображаться в текстовом или графическом режиме.

В текстовом режиме осуществляется посимвольное изображение данных на экране монитора. Стандартным считается режим, в котором на экране одновременно может отображаться 25 строк по 80 символов в каждом. Возможны и нестандартные режимы отображения информации 25×40, 43×80, 50×80.

Изображения отображаемых в текстовом режиме символов хранятся в ПЗУ. После включения питания компьютера эти изображения перезаписываются из ПЗУ в оперативную память, поэтому появляется возможность переопределить вид символов, отображаемых на экране. Большинство компьютеров не русифицировано аппаратно, поэтому для возможности изображения символов кириллицы используются специальные программы, подменяющие изображение определенных символов с кодами свыше 128 на изображения русских букв.

При работе в графическом режиме осуществляется поточечное отображение информации на экране. За счет этого становится возможным отображение на экране монитора не только алфавитно-цифровых символов, но и произвольных изображений. При работе в графическом режиме каждая точка экрана моделируется набором битов, характеризующим цвет конкретной отображаемой точки

Графический экран может моделироваться разными наборами точек по вертикали и горизонтали. Для режима VGA — это разрешение 640×480 точек, а для SVGA стандартными являются разрешения 640×480, 800×600, 1024×768, 1280×1024 или 1600×1280 точек. Первое число соответствует числу точек по горизонтали, а второе — по вертикали. Чем больше точек на экране, тем четче изображение. Соответственно чем больше битов используется для моделирования одной точки, тем более точно передаются цветовые оттенки.

Современные видеоадаптеры часто называют графическими ускорителями (акселераторами), поскольку они имеют специальные микросхемы, ускоряющие обработку больших массивов видеоданных. Они имеют свой специализированный микропроцессор и память.

Объем памяти видеоадаптера имеет особое значение, поскольку в ней моделируется полное графическое поточечное изображение экрана. Чем больше битов используется для представления одной точки и чем выше разрешение, тем больше требуется памяти видеоадаптеру для формирования изображения. Отметим, что видеоадаптер использует собственную память, которую не следует путать с оперативной памятью.

Как правило, рекомендуется использовать видеоадаптеры с объемом памяти не менее 2 Мбайт. Для некоторых приложений мультимедиа, интенсивно использующих анимацию, требуется видеоадаптер с объемом памяти 16 — 32 Мбайт.

Однако мало иметь видеопамять необходимого объема. Требуется, чтобы монитор мог обеспечивать вывод в режимах с высоким разрешением, а также чтобы программное обеспечение, задающее формирование изображения (драйвер видеоадаптера), могло поддерживать соответствующий видеорежим.

Еще одной важной характеристикой видеоадаптеров является обеспечиваемая ими частота регенерации изображения на экране монитора. Подробнее об этом далее.

Мониторы, В настольных ПК используются мониторы на электронно-лучевых трубках.

Для работы в графических средах рекомендуется использование мониторов с диагональю экрана не ниже 15-17 дюймов, поскольку при высоком разрешении отдельные элементы изображения на мониторах с маленькой диагональю становятся трудно различимыми. Именно поэтому для выполнения сложных графических работ в издательских системах применяются мониторы с длиной диагонали не ниже 17 дюймов.

Мониторы характеризуются следующими основными параметрами:

• максимальным разрешением;

• длиной диагонали;

• расстоянием между пикселами (точками изображения);

• частотой кадровой развертки;

• степенью соответствия стандартам экологической безопасности (режиму энергосбережения и пониженного излучения).

Максимальное разрешение, обеспечиваемое большинством 14-и частью 15-дюймовых мониторов, не превышает 1024×768 точек, даже если видеоадаптер поддерживает более высокое разрешение. Многие 15-дюймовые мониторы, а также все мониторы с длиной диагонали от 17 дюймов поддерживают режим 1280×1024 точек. Режим 1600×1280 обеспечивается только достаточно дорогими и высококачественными мониторами.

Частота кадровой развертки определяет качество и устойчивость изображения. Чем она выше, тем лучше. Считается, что минимальным уровнем комфортности изображения для глаза является частота не менее 75 Гц. Современные европейские стандарты предусматривают частоту 85 Гц. Идеальной можно считать частоту строчной развертки порядка 100 Гц. При такой частоте изображение воспринимается полностью неподвижным.

Относительно соответствия стандартам экологической безопасности следует выделять мониторы, удовлетворяющие требованиям стандарта MPR-2 и более строгих шведских стандартов ТСО’95 и ТСО’99. Следует иметь в виду, что маркировка LR -Low Radiation (мониторы с пониженной радиацией) не всегда означает соответствие указанным стандартам.

В портативных ПК используются LCD- и TFT-дисплеи, а также дисплеи с двойным сканированием экрана. TFT-дисплеи (активная матрица) наиболее перспективны, но пока довольно дорогие. Разрешающая способность большинства TFT-дисплеев составляет 640×480. В более дорогих портативных ПК она составляет 800×600 точек и значительно реже 1024×768.

Статьи к прочтению:

Оперативная память персонального компьютера

Похожие статьи: