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.