"Архитектура и аппаратное обеспечение компьютера", 2

Архитектура и аппаратное
обеспечение ЭВМ
(внешние устройства)
Внешние устройства хранения информации
позволяют долгое время сохранять большие
объёмы информации без потребления энергии.
• Накопители на магнитных
дисках;
• SSD-накопители;
• Оптические диски;
• Стримеры;
• Флеш-память.
Жесткий диск (винчестер)
• Накопитель на жёстких
магнитных дисках (англ. hard disk
drive, HDD) — устройство для
долговременного хранения
информации в компьютере,
основанное на принципе
магнитной записи.
• Производители: Seagate, Western
Digital (He!)
Устройство жестких дисков
Диск состоит из пластин с
магнитным покрытием.
Над каждой поверхностью
располагается головка
чтения/записи данных.
Во время работы диск вращается
с большой скоростью. При
такой скорости вблизи
поверхности пластины
создаётся воздушный поток,
который приподнимает
головки и заставляет их
"парить" над поверхностью
пластины на высоте в
несколько нанометров.
Запись/считывания данных на/с
магнитный диск
Запись:
электрический сигнал, поданный на головку,
изменяет магнитном поле частиц, образующих
покрытие диска.
Считывание:
намагниченные частицы покрытия,
проносящиеся на высокой скорости вблизи
головки, наводят в ней электрический сигнал,
который усиливается и обрабатывается
С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки —
концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки —
секторы (512 байт). Адресация предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска
имеют одинаковое число секторов.
Цилиндр — совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих
поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки задает используемую рабочую
поверхность, а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.
Характеристики жестких дисков:
• Интерфейс (англ. interface). Используются ATA (IDE),
SCSI, SATA, SAS.
• Емкость жёстких дисков достигает нескольких
Терабайт. Используются величины, кратные 1000 (а не
1024)!
• Форм-фактор. Диски имеют ширину 3,5 или 2,5 дюйма
• Время произвольного доступа (англ. random access
time) — около 10 мс.
• Скорость вращения шпинделя — тысячи оборотов в
минуту.
• Уровень шума. Тихими считаются устройства с
уровнем шума около 26 дБ и ниже.
• Скорость передачи данных: тысячи Мбит/с.
• Объём буфера — десятки Мб.
Интерфейс ATA
• (англ. Advanced Technology
Attachment —
присоединение по
передовой технологии), IDE
— параллельный интерфейс
подключения жёстких
дисков и оптических
приводов к компьютеру.
• В настоящее время
вытесняется своим
последователем — SATA
• (Serial ATA)
Интерфейс SATA
• (англ. Serial ATA) —
последовательный интерфейс
обмена данными с накопителями
информации. SATA является
развитием параллельного
интерфейса ATA (IDE).
Интерфейс SCSI (параллельный)
• (англ. Small Computer System
Interface) — разработан для
объединения на одной шине
различных по своему назначению
устройств, таких как жёсткие
диски, приводы CD, DVD,
стримеры, сканеры, принтеры и т.
д.
Интерфейс SAS
• Serial Attached SCSI —
разработан для замены
параллельного интерфейса
SCSI и позволяет достичь
более высокой пропускной
способности, чем SCSI; в
то же время SAS совместим
с интерфейсом SATA.
Samsung HD322GJ
• Время доступа: 8,9 мс.
Буфер: 16 Мб. Скорость
передачи данных из буфера
на диск: 175 Мбайт/с.
Скорость вращения
плоскостей: 7200
оборотов/мин. Пропускная
способность интерфейса:
300 Мбит/сек. Интерфейс:
SATA II c. Уровень шума:
26-28 дБ. Форм-фактор:
3.5".
Закон Марка Крайдера
Тактовая частота процессоров удваивается каждые
полтора года. Такая скорость кажется черепашьей по
сравнению с темпом роста емкости жестких дисков.
• В 1956 г. плотность
информации –
• 2 кбит/дюйм2 , сегодня 100 Гбит/дюйм2
Плотность записи
увеличилась в 50 млн. раз.
SSD- твердотельный накопитель
•
•
Твердотéльный накопитель (англ. SSD, solidstate drive) — компьютерное немеханическое
запоминающее устройство на основе микросхем
памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий
контроллер.
Существуют и так называемые гибридные жесткие
диски[2], появившиеся, в том числе, из-за текущей,
пропорционально более высокой стоимости
твердотельных накопителей. Такие устройства
сочетают в одном устройстве накопитель на
жёстких магнитных дисках (HDD) и
твердотельный накопитель относительно
небольшого объёма, в качестве кэша (для
увеличения производительности и срока службы
устройства, снижения энергопотребления).
Стри́мер (от англ. streamer), также
ле́нточный накопи́тель — запоминающее устройство на
принципе магнитной записи на ленточном носителе, с
последовательным доступом к данным, по принципу
действия аналогичен бытовому магнитофону.
5D-ПАМЯТЬ, или как сохранить
большие объёмы информации на века
(360 Тбайт).
Дисковод гибких дисков (устаревшее)
• ранее использовались гибкие
магнитные диски (дискеты),
которые вставляли в
специальный накопитель —
дисковод.
Накопители на оптических дисках (CDприводы)
• CD-ROM (Compact Disc Read
Only Memory)
• CD-R (Recordable)
• CD-RW (Rewritable)
• DVD (Digital Versatile Disc)
• BD
• HD DVD.
Поверхность оптического диска
• Информация записывается в виде
питов (англ. pit — углубление).
• Характерные размеры пита около
микрометра.
• Промежутки между питами
ленды (англ. land — основа).
Чтение с оптического диска
• Используется лазерный луч, который направляется на
диск. Измеряется отраженный сигнал.
• Если луч попадает на ленд, то отраженный сигнал максимальный.
• Если луч попадает на пит, то отраженный сигнал минимальный.
Запись на диск
• Принцип: вещество из жидкого состояния при
медленном охлаждении переходит в кристаллическое
состояние, а при быстром охлаждении в аморфное.
• Изначально рабочий слой находится в
кристаллическом состоянии. Если его подогреть, то он
расплавится. Тепло быстро уходит в подложку,
расплав переходит в аморфное состояние.
• Отражение света разное для аморфного и
кристаллического состояний.
• Для новой записи необходимо вернуть исходное
кристаллическое состояние. Сначала мощный
лазерный импульс расплавляет активный слой, а затем
длительный импульс устраняет быстрое охлаждение.
Скорость чтения/записи CD
• указывается кратной 150 Кбайт/с (то есть 153 600
байт/с).
• Например, 48-скоростной привод (48x) обеспечивает
скорость 48 × 150 = 7200 Кбайт/с (7,03 Мбайт/с).
Карты памяти SD
(Secure Digital)
• Карта памяти или флешкарта — компактное
запоминающее
устройство,
изготавливаются часто на
основе флеш-памяти.
Накопитель USB-флеш
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
USB-разъём;
микроконтроллер;
контрольные точки;
микросхема флешпамяти;
кварцевый резонатор;
светодиод;
переключатель
«защита от записи»;
место для
дополнительной
микросхемы памяти.
USB
• (англ. Universal Serial Bus) —
последовательный интерфейс
передачи данных для
среднескоростных и
низкоскоростных
периферийных устройств. Для
подключения используется
четырёхпроводный кабель, при
этом два провода используются
для приёма и передачи данных,
а два провода — для питания
периферийного устройства.
Звуковая карта
Позволяет обрабатывать
звук.
Может быть в виде
отдельной платы или
входить в чипсет.
Типичные
характеристики: 24разрядные АЦП и
ЦАП с частотой 96
кГц.
Видеокарта (видеоадаптер)
Формирует
графический
образ для
вывода на
монитор.
Вставляется в
слот
(например,
PCI-Express
или AGP).
Видеокарта состоит из:
•
•
•
•
графический процессор
видеоконтроллер
видеопамять
цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП,
RAMDAC — Random Access Memory Digital-toAnalog Converter). Если ЦАП имеет разрядность 8
бит, получается по 28 = 256 уровней яркости на
каждый основной цвет, что в сумме дает 224 =
16,7106 цветов.
• видео-ПЗУ (Video ROM). Видео-BIOS обеспечивает
инициализацию видеокарты.
• система охлаждения
Разъемы видеокарты
• Разъем аналогового сигнала S-Video (Separate
Video) применяется для вывода изображения,
формируемого видеокартой, на бытовые
телевизоры.
• VGA (Video Graphics Array) – аналоговый
разъём для подключения мониторов.
• Разъёмы DVI (Digital Visual Interface), HDMI
предназначены для передачи
видеоизображения на цифровые устройства
(на жидкокристаллические мониторы).
Информация в магазине:
GIGABYTE GTS 450 GV-N450-1GI
• Модель: GV-N450-1GI
• Процессор: GeForce GTS 450
• Частота ядра: 810 МГц
• Частота памяти: 3608 МГц
• Разрядность шины памяти: 128
бит
• Число потоковых ядер
процессора (вычислительных
ядер): 192
• Тип памяти: GDDR5
• RAMDAC: 400 MГц
• Интерфейс шины: PCI Express
• Максимальное разрешение:
2560x1600
• Охлаждение: радиатор +
вентилятор.
Видеокарта AMD Radeon™R9 295X2
• Разработана для
максимально эффективного
использования
• Видеокарта AMDRadeon™ R9
295X2 является самой
быстрой видеокартой в мире.1
Благодаря внушительному
объему памяти в 8 ГБ и
мощной вычислительной
способности в более чем 11.5
терафлопсов данная
видеокарта является
безусловным лидером на
рынке.
Комбинации некоторых видеокарт могут оказаться гораздо более
эффективными, производительными и выгодными финансово, чем
одна более мощная и, соответственно, значительно более дорогая
карта.
• Для построения на компьютере
CrossFireX-системы необходимо
иметь:
•
материнскую плату с двумя или
более разъёмами PCI Express x16 с
чипсетом AMD или Intel
определённой модели,
поддерживающей CrossFireX;
•
мощный блок питания, как правило,
мощностью от 700Вт;
•
видеокарты с поддержкой
CrossFireX;
•
Специальный гибкий мостик
CrossFireX для соединения видеокарт.
Формирование изображения: CPU и GPU
Монитор
Монитор — устройство для визуального
отображения информации. Информация
(видеосигнал) на монитор поступает с
видеокарты.
Цветное изображение
В сетчатке
содержатся
колбочки, которые
"чувствуют"
красный, зелёный и
синий участки
спектра.
Равномерное
раздражение всех
трёх элементов
вызывает
ощущение белого
цвета.
Аддитивная цветовая модель RGB
Модель RGB (Red,
Green, Blue)
называется
аддитивной потому,
что цвета
получаются путём
добавления трёх
сигналов (красного,
зелёного, синего)
разной
интенсивности к
черному.
Как обеспечить цветное
изображение на мониторе?
Элемент изображения
называется пиксель
(pix element).
Пиксели состоят из
триад (субпикселей
красного, зелёного
и синего цветов).
Размер пикселя мал и
для глаза триада
сливается в одну
точку.
Классификация мониторов по типу
экрана
• электроннолучевая трубка
• жидкокристаллические мониторы
ЖК (liquid crystal display,
LCD)
Что лучше – TN или IPS?
•
В матрицах TN поляризованный (прошедший
через фильтр) свет спиралеобразно
пропускается через слой кристаллов. При
подаче напряжения кристаллы
поворачиваются, и через второй
поляризационный фильтр проходит меньше
света – пиксел становится темнее. К
сожалению, спиралеобразный поворот
уменьшает угол обзора. В матрице S-IPS
кристаллы синхронно вращаются
параллельно поверхности экрана и
обеспечивают больший угол обзора. В этом
случае яркость регулируется напряжением.
• плазменный
Газоразрядный экран
(плазменная панель)
• OLED-монитор
Organic Light-Emitting
Diode (органический
светоизлучающий диод)
излучает свет, если
пропустить через него
электрический ток.
Основные параметры мониторов:
• соотношение сторон экрана — стандартный (4:3),
широкоформатный (16:9) или другое;
• размер экрана — определяется длиной диагонали, чаще
всего в дюймах (24!)
• разрешение — число пикселей по вертикали и горизонтали;
• глубина цвета — количество бит на кодирование одного
пикселя (от монохромного до 32-битного(реально - 24битного + альфа-канал прозрачности цвета);
• размер пикселя(min -100 dpi);
• частота обновления экрана (Гц);
• время отклика пикселей (не для всех типов мониторов);
• угол обзора.
Информация в магазине:
Монитор LCD, ЖК 19" BENQ
G925HDA
• модель: G925HDA
• разрешение: 1366х768
• видимая область: 18.5 дюймов (47
см)
• шаг точек 0,3 мм
• время отклика: 5 мс
• яркость: 200 кд/м2
• частота горизонтальной развертки:
30-63 кГц
• частота вертикальной развертки: 5076 Гц
• угол обзора по горизонтали: 180°, по
вертикали: 130°.
• интерфейс: 15-pin D-sub
• Энергопотребление: 23 Вт.
• виртуальный ретинальный монитор
Формирует
изображение
непосредственно
на сетчатке глаза.
Google Glass
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Тип - наголовный дисплей (очки),
дополненной реальности
Выпущен
Для разработчиков
(США): февраль 2013 года
Массовый: 2014 год[1]
Применение
нательный компьютер
Архитектура
ARM
Процессор
Cortex-A9 (TI OMAP
4430)
Память 1 ГБ
Устройства хранения данных
16 ГБ флеш
ОС
Android 4
Сайт
http://www.google.com/glass/start/
Устройство ввода информации
Проекционная клавиатура
Мышь
Mouse: manually operated user signal
encoder
Принцип действия : в нижней
части установлен светодиод,
подсвечивающий поверхность.
Миниатюрная камера
«фотографирует» поверхность .
Процессор делает выводы об
изменении координат.
Первая компьютерная мышь была
представлена в 1968 году.
Энцефалографическая «мышь»
Устройства ввода.
Планшетные сканеры: CIS; CCD.
Основные параметры:
• разрешающая способность,
измеряется в dpi (dots per inch): 6001200 dpi;
• производительность,
продолжительность сканирования
листа бумаги;
• динамический диапазон,
определяется lg(Iсвет/Iтемн), Iсвет и Iтемн
- яркости наиболее светлых и
наиболее темных участков: около 2;
• максимальный размер сканируемого
листа.
Устройства вывода. Принтеры.
Основные параметры:
• разрешающая способность, dpi;
• производительность (страниц в минуту, ррт — page per
minute);
• формат используемой бумаги;
• объем собственной оперативной памяти.
По принципу действия
различают:
• матричные; оттиск получается при ударе
цилиндрических стержней («иголок») через
красящую ленту.
• лазерные (светодиодные); обеспечивают
высокое качество (более 600 dpi) и скорость
печати, стоимость расходных материалов
около 2 центов на страницу.
• струйные принтеры; изображение
формируется из пятен, образующихся при
попадании капель красителя на бумагу. Выброс
микрокапель красителя происходит под
давлением, которое развивается в печатающей
головке.
Информация в магазине:
Описание принтера EPSON FX 2190:
• Модель: FX-2190
• Формат А3
• Технология печати: ударноматричный
• Количество игл: 18 (9x2)
• Количество колонок (при 10 cpi):
136
• Память: 128 Кб
• Разрешение при печати: 240x144
• Скорость печати: до 680 символ/сек
• Интерфейс: USB, LPT
• Уровень шума: 55 дБ
• Энергопотребление: 53 Вт.
Информация в магазине:
Описание принтера EPSON Stylus
Photo 1410
• Модель: Stylus Photo 1410
• Формат А3+
• Технология печати: 6-цветная
струйная пьезоэлектрическая
• Разрешение: 5760х1440 т/д
• Скорость печати: ч/б 15 стр/мин,
цветная до 15 стр/мин
• Плотность бумаги: 64-300 г/м2
• Интерфейс: USB
• Уровень шума: 47 дБ
• Энергопотребление: 18 Вт.
Лазерные (светодиодные) принтеры
Светодиодный лазер испускает свет,
который попадает на поверхность
барабана. При этом участки
поверхности приобретают заряжаются.
Тонер из контейнера остается на
заряженных участках. При контакте
барабана с листом, тонер переносится
на бумагу. Лист протягивается через
нагревательный элемент, и частицы
тонера спекаются.
Честер Карлсон (1906 — 1968) —
американский изобретатель по
призванию и адвокат по профессии. В
1938 году изобрёл ксерографию.
Информация в магазине:
Описание принтера HP LaserJet P2055d:
• Модель: CE457A
• Формат А4
• Технология печати: монохромная лазерная
• Процессор: 600 МГц
• Память: 64 Мб
• Разрешение: 1200х1200 т/д
• Скорость печати: до 33 стр/мин
• Плотность бумаги: 60-163 г/м2
• Нагрузка: до 50000 страниц в месяц
• Лоток подачи: 300 листов
• Лоток приёма: 150 листов
• Интерфейс: USB
• Уровень шума: 55 дБ
• Энергопотребление: 570 Вт.
«Скромный» ПК
Материнская плата AMD
Процессор AMD
Кулер для процессора
Видеокарта
Жёсткий диск
Оперативная память
Корпус
Блок питания
Dvd дисковод
Итог
GigaByte GA-970A-DS3 rev1.0 / 1.1 (RTL) SocketAM3+ <
AMD 970> 2xPCI-E+GbLAN SATA RAID ATX 4DDR-III
CPU AMD FX-4100 (FD4100W) 3.6 GHz / 4core / 4+8Mb / 95W
/ 5200 MHz Socket AM3+
DEEPCOOL GAMMAXX 200, 92мм
1Gb < PCI-E> DDR-5 Gigabyte GV-N650OC-1GI (RTL) DSub+DualDVI+HDMI < GeForce GTX650>
HITACHI Deskstar 7K1000.D HDS721010DLE630, 1Тб, HDD,
SATA III
Kingston ValueRAM < KVR1333D3N9 / 4G> DDR-III DIMM
4Gb < PC3-10600> CL9
Cooler Master <RC-334-KKN1-GP> Elite334 Black&Black ATX
без БП
FSP/SPI <ATX-450PNF> 450W ATX (24+4+6пин)
DVD RAM & DVD±R/RW & CDRW LG GH22LS50 <Black>
SATA
Цен
а
2150
2980
410
3080
2050
1300
1575
1260
654
15459
Тест
«Что это за устройство и для
чего служит?»
1.
2.
3.
4.
5.
6.