Устройства компьютера

Учебниковая опора

• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. Учебник для учащихся 6 класса общеобразовательной школы», 6 класс, Алматыкiтап баспасы, 2020, с. 14–24, 35
• Кадиркулов Р. А., Рыскулбекова А. Д., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. 7 класс», 7 класс, Алматыкітап баспасы, 2023, с. 9–12
• Мухамбетжанова С. Т., Тен А. С., Демидова Л. Г. «Информатика. 8 класс», 8 класс, Атамура, 2021, с. 11–17
• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. 5 класс», 5 класс, Алматыкітап баспасы, 2023, с. 103–106
• Кадыркулов Р., Нурмуханбетова Г. «Информатика. 9 класс», 9 класс, Алматыкітап, 2019, с. 22–26

Главное

• Базовый состав ПК: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Внутри блока — внутренние устройства, снаружи — внешние.
• Процессор (CPU) — «мозг»: устройство управления + АЛУ + регистры + кэш; характеристики — разрядность, тактовая частота, адресное пространство.
• Магистрально-модульный принцип: все модули связаны магистралью из шины данных, шины адресов и шины управления.
• Память: внутренняя (ОЗУ, кэш, ПЗУ) — быстрая, небольшая; внешняя (HDD, оптические диски, флеш) — для длительного хранения.
• ОЗУ энергозависима (стирается при выключении), ПЗУ — нет (там BIOS).

Теория

Внутренние устройства системного блока

• Материнская плата — плата с шинами, соединяющими внутренние устройства.
• Процессор — выполняет все вычисления; данные берёт из оперативной памяти.
• Оперативная память — быстрая, связана с процессором, хранит программы и данные временно.
• Жёсткий диск — внешняя память для длительного хранения.
• Видеоадаптер (изображение на монитор), звуковой адаптер, сетевой адаптер (связь с другим компьютером или Интернетом).
• Блок питания — преобразует 220 В в 5 В или 12 В.

Архитектура и шины. Архитектура — составные части компьютера и связи между ними. Магистраль связывает процессор, память и внешние устройства. Порт — устройство с разъёмами для обмена данными с внешними устройствами (внешние порты — на задней панели).

Процессор. Содержит десятки миллионов транзисторов, современные — несколько ядер. Внутри ядра:

Блок	Назначение
Устройство управления	координирует работу всех устройств
АЛУ	выполняет команды программы из ОЗУ
Регистры	ячейки для машинного слова (8, 16, 32, 64 разряда)
Кэш-память	сверхоперативная память

Характеристики:

1. Разрядность — число одновременно обрабатываемых битов (16 → 32 → 64).
2. Тактовая частота — тактов в секунду; 1 МГц = $10^6$ тактов/с, 1 ГГц = $10^9$.
3. Адресное пространство — объём ОЗУ, который процессор может адресовать: при $n$-разрядной адресной шине — $2^n$ адресов.

Виды памяти

Память	Особенности
ОЗУ (RAM)	запись/чтение, временное хранение; стирается при выключении
Кэш	сверхбыстрая, сглаживает разницу скоростей CPU и ОЗУ; L1 ≈ 128 Кб, L2 до 1 Мб, L3 ≈ 8 Мб
ПЗУ (ROM)	только чтение, записывается на заводе; BIOS, загрузчик ОС
HDD	магнитные пластины, дорожки и секторы
Оптические	CD — 700 МБ, DVD — 4,7–17 ГБ, BD — 23,3/46,6 ГБ; ROM — только чтение, R — однократная запись, RW — перезапись
Флеш	полупроводниковая, энергонезависимая, USB; карты памяти, флешки, SSD

Скорость CD-привода 1x = 150 Кбайт/с; привод «52x» — $150 \cdot 52 = 7800$ Кбайт/с.

Внешние устройства — 4 группы: ввода (клавиатура, сканер, микрофон, веб-камера), вывода (монитор, принтер, плоттер, динамики), хранения (флеш-накопители), обмена (модем, маршрутизатор). Конфигурация — состав устройств; базовая — то, что поставляется при покупке; по принципу открытой архитектуры её можно менять.

История и поколения ЭВМ

Дата/поколение	Событие/элементная база
1642	«Паскалево колесо» Блеза Паскаля
1834	Аналитическая машина Бэббиджа (склад, мельница, управление, ввод-вывод); Ада Лавлейс — первый программист
1946	ENIAC: 30 т, 18 тыс. ламп, 5000 оп/с
I (1946–1954)	электронные лампы
II (1955–1964)	транзисторы
III (1965–1974)	интегральные микросхемы
IV (с 1975)	БИС и СБИС, ПК, Интернет

Формулы / правила

• Адресное пространство: $V = 2^n$ байт, $n$ — разрядность адресной шины.
• Скорость привода: $v = 150 \cdot k$ Кбайт/с для привода «$k$x».

Примеры

1. Адресная шина 24-разрядная. Какой объём памяти адресует процессор? $2^{24} = 16\,777\,216$ байт $= 16$ Мбайт.
2. Во сколько раз жёсткий диск 128 Гб больше флешки 512 Мб? $128 \cdot 1024 = 131\,072$ Мб; $131\,072 / 512 = 256$ раз.
3. Скорость дисковода 52x? $150 \cdot 52 = 7800$ Кбайт/с.
4. Поместится ли файл 1 ГБ на CD-R? Нет: CD — 700 МБ; подойдёт DVD (4,7 ГБ) или флешка.

Типичные ошибки на ЕНТ

• Считают жёсткий диск внутренней памятью: в учебнике он относится к внешней памяти, хотя стоит внутри блока.
• Путают ОЗУ и ПЗУ: BIOS хранится в ПЗУ, а ОЗУ при выключении очищается.
• Путают разрядность (бит за такт) и тактовую частоту (тактов в секунду).
• Модем и маршрутизатор относят к устройствам ввода — это устройства обмена.
• Транзисторы — II поколение, микросхемы — III.

Самопроверка

1. Из каких трёх шин состоит магистраль? — Шина данных, шина адресов, шина управления.
2. Какая память компенсирует разницу скоростей процессора и ОЗУ? — Кэш-память.
3. Адресная шина 20-разрядная — сколько адресов? — $2^{20}$ = 1 048 576 (1 Мбайт).
4. Что означает буква R в CD-R? — Однократная запись.
5. Элементная база I поколения ЭВМ? — Электронные лампы.