Читать книгу «Інформатика. Дитяча енциклопедія» онлайн.

У корпусах зменшеного розміру типу slim використовуються плати старого (LPX) або нового (NLX) форм-факторів.

Більшість сучасних материнських плат є «зеленими» (green motherboard), тобто вони апаратно і програмно підтримують декілька економічних режимів зі зниженим енергоспоживанням.

Через те що робота будь-якої частини комп’ютера залежить від коректної та швидкої роботи материнської плати, її якість дуже впливає на якість роботи комп’ютера. Бо найшвидші та найкращі процесори, жорсткі диски та відеоадаптери просто не зможуть працювати разом, якщо цього не дозволить материнська плата.

Мікропроцесори

Комп’ютер може багато: лічити, писати, малювати. Може розмовляти, виконувати музику або показувати фільм. Але всі ці складні дії обов’язково діляться на прості: додавання, різниця, порівняння. І виконує ці дії процесор. Призначення центрального процесорного пристрою (CPU, Central Processor Unit, ЦПП) – управляти роботою ЕОМ за заданою програмою та виконувати операції обробки інформації. Інші процесори (наприклад графічний – GPU) виконують більш спеціалізовані дії (обробка відеоінформації).

Мікропроцесор являє собою надзвичайно велику інтегральну схему. До складу процесора входять такі пристрої: арифметико-логічний пристрій (АЛП), регістри процесорної пам’яті, пристрій управління (ПУ).

Процесор звертається до оперативної пам’яті за допомогою шини адреси, а дані отримує по шині даних.

Дані в процесорі зберігаються в спеціальних чарунках, які називаються регістрами. Розрядність процесора визначається розміром його регістрів. Чим більше розрядність процесора, тим довше число він може обробити за одну операцію. Дані, які беруть участь в операції, називаються операндами. Операція складається з того, що до операндів застосовується інструкція. Інструкція – це одна з команд процесора, яка записана одним чи декількома байтами. Кожний процесор має свій набір інструкцій, за допомогою яких проходить обмін даними між регістрами, між регістрами та оперативною пам’яттю, а також перетворення даних у регістрах. Повний список інструкцій процесора називається системою команд процесора. Різні процесори мають різні системи команд. Іноді, якщо процесори належать до однієї родини, то новіші моделі можуть виконувати інструкції своїх попередників. Це називається сумісністю згори донизу. Але час від часу фірми-виготовлювачі процесорів мають відмовлятися від такої сумісності заради реалізації більш досконалої архітектури процесора.

Інструкції для роботи з даними процесор отримує від програм. Програми, як і дані, представлені байтами і зберігаються на зовнішніх носіях у вигляді файлів. Під час роботи програми розміщуються в оперативній пам’яті. Виконання однієї інструкції відбувається у декілька етапів. Окремі етапи роботи процесора називаються тактами. Кількість тактів інструкцій, виконаних процесором за одиницю часу, називається тактовою частотою. Тактова частота вимірюється у герцах і його похідних (КГц=1000Гц, МГц=1000КГц, ГГц=1000МГц). Але не завжди вища тактова частота процесора означає вищу його продуктивність. Бо кількість виконаних інструкцій за одиницю часу ще залежить від того, скільки тактів процесору потрібно для виконання однієї інструкції.

Звичайно процесор працює з цілими числами. Для арифметичних операцій, які потребують обліку знака числа, він застосовує спеціальні інструкції додаткової двійкової арифметики.

Для роботи з дійсними числами використовують математичний співпроцесор. Сучасні мікропроцесори фірми Intel (починаючи з 486DX) та їхні аналоги з інших фірм мають інтегрований на одному кристалі центральний процесор та співпроцесор для роботи з дійсними числами.

Процесор AMD

Процесор швидко працює з внутрішніми ресурсами, але повільно працює з зовнішніми пристроями, наприклад з оперативною пам’яттю. Для прискорення роботи дані кеширують, тобто запам’ятовують під час роботи всередині кеш-пам’яті процесора.

Технологія виготовлення мікропроцесорів

Сучасні мікропроцесори – одні з найскладніших електронних пристроїв, для виготовлення яких необхідні сотні виробничих етапів. Основою виробництва мікропроцесорів є фотолітографія. Жорсткі вимоги ставляться виробничими процесами до чистоти приміщень. Приміщення, в яких виготовляють мікропроцесори, називають «чистими кімнатами» (декілька пилинок на кубічний метр). Люди, які працюють у цих кімнатах, теж повинні бути «чистими», вони використовують спеціальні костюми Bunny Suit.

Комори пам’яті

Всю пам’ять комп’ютера за особливостями організації, використання, способу доступу можна розділити на внутрішню (оперативну, постійну та ін.) і зовнішню пам’ять.

Принципова різниця між зовнішньою та внутрішньою пам’яттю полягає у способі адресації. Внутрішня пам’ять для процесора доступна повністю, тобто він може прочитати чи записати будь-яку чарунку у будь-якому порядку. Пристрої зовнішньої пам’яті цього не дозволяють. Дані в них зберігаються лише у вигляді файлів. Мінімальний об’єкт, до якого можна звернутися, – також файл.

Оперативна пам’ять

У комп’ютері існує декілька способів збереження інформації. Найшвидший спосіб запам’ятати дані – це записати їх в електронні мікросхеми. Зчитування та запис відбувається дуже швидко, «оперативно». Оперативна пам’ять складається з деяких «часток» чарунок. Можна уявити собі комод з великими шухлядами. Усі шухляди пронумеровано. За цим номером (програмісти називають його адресою) центральний процесор може звернутися до будь-якої шухляди і або витягти її вміст, або помістити туди результат (такі чарунки називають ще адресними чарунками). Коли процесор відправляє дані на збереження в оперативну пам’ять, він зберігає адресу, за якою ці дані знаходяться. Звертаючись до адресної чарунки, процесор знаходить у ній байт даних. Англійська назва оперативного запам’ятовуючого пристрою (ОЗП) – Random Access Memory (RAM), що перекладається як «пам’ять з довільним доступом». Цією назвою підкреслюється той факт, що процесор може звертатися до чарунок пам’яті в довільному порядку, при цьому час читання/запису інформації для всіх чарунок приблизно однаковий.

За способом збереження інформації оперативна пам’ять буває статичною та динамічною.

Оперативна пам’ять (ОП), яка виконана на мікросхемах динамічного типу з довільною вибіркою, називається DRAM (Dynamic Random Access Memory). Кожний біт такої пам’яті подається у вигляді наявності (або відсутності) заряду на конденсаторі, який утворюється у структурі напівпровідникового кристала. Інший, дорожчий тип пам’яті – статичний (Static RAM, SRAM). Для елементарної чарунки використовують статичний тригер. Він займає значно більше місця на кристалі, тому SRAM має менший об’єм. Але статичний тип пам’яті має більшу швидкодію і використовується, наприклад, для організації кеш-пам’яті. Крім того, статична пам’ять не потребує оновлення даних.

Кожна бітова чарунка мікросхеми DRAM зберігає електричний заряд. Якщо величина заряду більша від якогось стандартного значення, то в цій чарунці зберігається, наприклад, двійкова одиниця, якщо менша – 0 (може бути і навпаки).

Заряди не можуть зберігатися в чарунках довго – вони «стікають». Усього за декілька десятих часток секунди заряд у чарунці зменшується настільки, що дані втрачаються.

Що робить людина, щоб не забути інформацію? Вона регулярно її повторює. Так само робить і комп’ютер. Десятки разів за секунду він перевіряє, що зберігається у чарунках пам’яті, та «підживлює» кожну чарунку (мовби повторює запис). Цей процес має назву регенерації оперативної пам’яті.

Регенерація пам’яті відбувається дуже швидко. Ми не помічаємо, як кожної секунди декілька разів оновлюються кілобайти пам’яті, але якщо на мить зникне електроживлення комп’ютера, регенерація припиниться, дані загубляться. Тому навіть короткочасне зникнення напруги у мережі спричинить очищення ОП та «скине» комп’ютер.

Кількість байтів, які можна зберігати в оперативній пам’яті, залежить від її ємності. Ємність оперативної пам’яті вимірюють байтами та їх похідними (кілобайтами, 1 Кбайт = 1024 байт, або мегабайтами, 1 Мбайт = 1024 Кбайт).

До недоліків ОП належить: по-перше, те, що її ємність залежить від електронної мікросхеми, яка використовується у ПК. Якщо треба збільшити ємність ОП, це означає, що треба «бігти» до магазину, купувати нову мікросхему та установлювати її в комп’ютері. По-друге, це енергозалежність ОЗП. Перевага ОП – це швидкодія, тому вона гарна там, де потрібно обробляти інформацію.

Кеш-пам’ять

Кешуванням даних називається розміщення найчастіше уживаних даних у ділянках пам’яті зі швидким доступом. Для прикладу розглянемо ситуацію зі школярем. У школяра є підручники, художня література, старі зошити. Підручники знаходяться на столі, художня література стоїть на книжковій полиці, а зошити – на антресолях. У разі потреби доступ до цих джерел буде різний. Але і вірогідність потреби в підручнику і зошиті – різна.