Класична архітектура ПК. Основні особливості архітектури сучасних ПК

Класична архітектура ПК. Основні особливості архітектури сучасних ПК

Незважаючи на те що сучасні моделі комп 'ютерів представлені на ринку широким спектром брендів, зібрані вони в рамках невеликої кількості архітектур. З чим це пов 'язано? Яка специфіка архітектури сучасних ПК? Які програмні та апаратні компоненти її формують?

Визначення архітектури

Що таке архітектура ПК? Під цим досить широким терміном прийнято розуміти сукупність логічних принципів складання комп 'ютерної системи, а також відмінні особливості технологічних рішень, що впроваджуються в неї. Архітектура ПК може бути інструментом стандартизації. Тобто комп 'ютери в рамках неї можуть збиратися згідно зі встановленими схемами і технологічними підходами. Об 'єднання тих чи інших концепцій в єдину архітектуру полегшує просування моделі ПК на ринку, дозволяє створювати програми, розроблені різними брендами, але ті, що гарантовано підходять для неї. Єдина архітектура ПК також дозволяє виробникам комп 'ютерної техніки активно взаємодіяти на предмет вдосконалення тих чи інших технологічних компонентів ПК.

Під розглянутим терміном може розумітися сукупність підходів до складання комп 'ютерів або окремих його компонентів, прийнятих на рівні конкретного бренду. У цьому сенсі архітектура, яка розроблена виробником, є його інтелектуальною власністю і використовується тільки ним, може виступати конкурентним інструментом на ринку. Але навіть у такому разі рішення від різних брендів іноді можуть бути класифіковані в рамках загальної концепції, що об 'єднує в собі ключові критерії, які характеризують комп' ютери різних моделей.

Термін "архітектура ПК" інформатика як галузь знань може розуміти по-різному. Перший варіант трактування передбачає інтерпретацію розглянутого поняття як стандартизуючого критерію. Відповідно до іншої інтерпретації архітектура - це, швидше, категорія, що дозволяє одному бренду-виробнику стати конкурентним щодо інших.

Цікавий аспект - те, як співвідносяться історія та архітектура ПК. Зокрема, це поява класичної логічної схеми конструювання комп 'ютерів. Розгляньмо її особливості.

Класична архітектура комп 'ютера

Ключові принципи, відповідно до яких передбачалося конструювання ПК за певною логічною схемою, запропонував Джон фон Нейман, видатний математик. Його ідеї були реалізовані виробниками ПК, що належать до перших двох поколінь. Концепція, розроблена Джоном фон Нейманом, - це класична архітектура ПК. Які її особливості? Передбачається, що комп 'ютер повинен складатися з таких основних компонентів:

- арифметичного та логічного блоку;

- пристрої для керування;

- блоку зовнішньої пам 'яті;

- блоку оперативної пам 'яті;

- пристроїв, призначених для введення та виводу інформації.

В рамках даної схеми взаємодія технологічних компонентів має реалізовуватися за конкретною послідовністю. Так, спочатку в пам 'ять ПК потрапляють дані з комп' ютерної програми, які можуть вводитися за допомогою зовнішнього пристрою. Потім пристрій для управління зчитує інформацію з пам 'яті комп' ютера, після чого направляє її на виконання. У цьому процесі за потреби задіюються інші компоненти ПК.

Архітектура сучасних комп 'ютерів

Розгляньмо, які основні особливості архітектури сучасних ПК. Вона дещо відрізняється від концепції, яку ми вивчили вище, але багато в чому продовжує її. Ключова особливість ПК новітніх поколінь - арифметичний, логічний блок, а також те, що пристрої для управління об 'єднані в єдиний технологічний компонент - процесор. Багато в чому це стало можливим завдяки появі мікросхем і подальшому їх вдосконаленню, що дозволило вмістити в порівняно невеликий деталі комп 'ютера широкий спектр функцій.

Архітектура сучасного ПК також характеризується тим, що в ній присутні контролери. Вони з 'явилися як результат перегляду концепції, в рамках якої процесор повинен був виконувати функцію обміну даними із зовнішніми пристроями. Завдяки можливостям інтегральних схем відповідний функціональний компонент виробники ПК вирішили відокремити від процесора. Так з 'явилися різні канали обміну, а також периферійні мікросхеми, які потім почали називатися контролерами. Відповідні апаратні компоненти на сучасних ПК можуть, наприклад, керувати роботою дисків.

Пристрій та архітектура ПК сучасних зразків передбачають використання шини. Основне її призначення - забезпечення комунікацій між різними апаратними елементами комп 'ютера. Її структура може передбачати наявність спеціалізованих модулів, що відповідають за ту чи іншу функцію.

Архітектура IBM

Компанією IBM була розроблена архітектура ПК, що стала фактично одним зі світових стандартів. Її відмінна особливість - у відкритості. Тобто комп 'ютер в рамках неї перестає бути готовим продуктом від бренду. Компанія IBM - не монополіст ринку, хоча один з його першопрохідців в аспекті розробки відповідної архітектури.

Користувач або компанія, що збирають ПК на платформі IBM, можуть самостійно визначати те, які компоненти будуть включені в структуру комп 'ютера. Також можлива заміна того чи іншого електронного компонента на більш досконалий. Стрімкий розвиток комп 'ютерних технологій дозволив реалізувати принцип відкритої архітектури ПК.

Особливості для комп "ютерів архітектури IBM

Важливий критерій віднесення ПК до платформи IBM - його сумісність з різними операційними системами. І в цьому також простежується відкритість розглянутого типу архітектури. Комп 'ютери, що належать до IBM-платформи, можуть управлятися ОС Windows, Linux у великій кількості модифікацій, а також іншими операційними системами, які сумісні з апаратними компонентами ПК розглянутої архітектури. Не рахуючи ПЗ від великих брендів, на IBM-платформу можна встановлювати різні авторські програмні продукти, випуск та інсталяція яких зазвичай не вимагають узгодження з фірмами-виробниками апаратних елементів.

У числі програмних компонентів, які є практично в будь-якому комп 'ютері на платформі IBM, базова система введення і виведення, звана також BIOS. Вона покликана забезпечувати виконання основних апаратних функцій ПК незалежно від того, якого типу операційна система на ньому встановлена. І це ще одна, по суті, ознака відкритості архітектури, про яку йдеться: виробники BIOS толерантні до виробників ОС і будь-якого іншого ПЗ. Власне, той факт, що BIOS може випускатися різними брендами - це також критерій відкритості. Функціонально системи BIOS від різних розробників близькі.

Якщо на комп 'ютері не встановлено BIOS, то його робота практично неможлива. Не має значення, чи інстальована на ПК операційна система - необхідно забезпечення взаємодії між апаратними компонентами комп 'ютера, і його можливо реалізувати тільки за допомогою BIOS. Перевстановлення BIOS на комп 'ютері вимагає спеціальних програмно-апаратних інструментів, на відміну від інсталяції ОС або іншого виду ПЗ, що працює в ній. Ця особливість BIOS зумовлюється тим, що її необхідно захищати від комп 'ютерних вірусів.

За допомогою BIOS користувач може керувати апаратними компонентами ПК, виставляючи ті чи інші налаштування. І це також один з аспектів відкритості платформи. У деяких випадках робота з відповідними налаштуваннями дозволяє забезпечити помітне прискорення роботи ПК, більш стабільне функціонування окремих його апаратних компонентів.

Система BIOS у багатьох ПК доповнена оболонкою UEFI, як вважають багато IT-фахівців, це досить корисне і функціональне програмне рішення. Але базове призначення UEFI принципово не відрізняється від того, що характерно для BIOS. Власне, це така сама система, але інтерфейс у ній дещо ближче до того, що характерний для операційної системи ПК.

Найважливіший вид ПО для комп 'ютерів - драйвер. Він необхідний для того, щоб апаратний компонент, який інсталюється в комп 'ютер, коректно функціонував. Драйвери зазвичай випускаються виробниками комп 'ютерних пристроїв. При цьому відповідний вид ПЗ, сумісний з однією операційною системою, наприклад Windows, зазвичай не підходить для інших ОС. Тому користувачеві часто доводиться підбирати драйвери, сумісні з конкретними типами програмного забезпечення комп 'ютера. У цьому сенсі IBM-платформа недостатньо стандартизована. Може вийти так, що пристрій, який прекрасно працює під ОС Windows, буде неможливо запустити під Linux через те, що користувач не зможе знайти потрібний драйвер, або ж через те, що виробник апаратного компонента просто не встиг випустити потрібний вид програмного забезпечення.

Важливо, щоб рішення, яке передбачається включити в структуру комп 'ютера, було сумісно не тільки з конкретною архітектурою, але також і іншими технологічними елементами ПК. Які компоненти можна змінювати в сучасних ПК? Серед ключових: материнська плата, процесор, оперативна пам 'ять, відеокарта, жорсткі диски. Розглянемо специфіку кожного з компонентів докладніше, визначимо, від чого залежить їх сумісність з іншими апаратними елементами, а також з 'ясуємо, яким чином найбільш коректно можна реалізувати принцип відкритої архітектури ПК на практиці.

Материнська плата

Один з ключових компонентів сучасного комп 'ютера - материнська, або системна, плата. На ній розташовуються контролери, шини, мости та інші елементи, що дозволяють об 'єднувати між собою різні апаратні компоненти. Завдяки їй фактично реалізується сучасна архітектура ПК. Системна плата дозволяє ефективно розподілити функції комп 'ютера по різних пристроях. Даний компонент розміщує на собі більшість інших, а саме процесор, відеокарту, оперативну пам 'ять, жорсткі диски тощо. BIOS, найважливіший програмний компонент ПК, в більшості випадків прописується в одній з мікросхем материнської плати. Важливо, щоб відповідні елементи не були пошкоджені.

Замінюючи материнську плату або вибираючи потрібну модель в процесі складання ПК, необхідно впевнитися, що нова її модель буде сумісна з іншими апаратними компонентами. Так, є плати, що підтримують процесори Intel, а є ті, на які можна встановлювати тільки мікросхеми від AMD. Дуже важливо переконатися в тому, що нова плата підтримує існуючі модулі пам 'яті. Що стосується відеокарти і жорстких дисків, зазвичай ніяких проблем не виникає в силу достатнього високого рівня стандартизації на відповідних ринках. Але небажано, щоб нова материнська плата і зазначені компоненти занадто сильно розрізнялися за рівнем технологічності. Інакше менш продуктивний елемент буде гальмувати всю систему.

Процесор

Головна мікросхема сучасного комп 'ютера - процесор. Відкрита архітектура ПК дозволяє на розсуд користувача встановлювати на комп 'ютер більш потужний, продуктивний, технологічний процесор. Однак подібна можливість може припускати ряд обмежень. Так, замінити процесор Intel на AMD без заміни іншого компонента - материнської плати - в загальному випадку неможливо. Також проблематична установка однієї мікросхеми замість іншої того ж бренду, але яка належить до іншого типу технологічної лінійки.

Встановлюючи більш потужний процесор на ПК, необхідно переконатися, що оперативна пам 'ять, жорсткі диски і відеокарта не сильно відстають від нього технологічно. Інакше, як ми вже відзначили вище, заміна мікросхеми може не принести очікуваного результату - комп 'ютер не буде працювати швидше. Основні показники продуктивності процесора - тактова частота, кількість ядер, величина кеш-пам 'яті. Чим вони більші, тим швидше працює мікросхема.

Оперативна пам 'ять

Цей компонент також безпосереднім чином впливає на продуктивність ПК. Основні функції ОЗП в цілому ті ж, що були характерні для комп 'ютерів перших поколінь. У цьому сенсі оперативна пам 'ять - класичний апаратний компонент. Однак тим самим підкреслюється її важливість: досі виробники ПК не придумали їй гідної альтернативи.

Основний критерій продуктивності пам 'яті - це її обсяг. Чим більше, тим швидше працює комп 'ютер. Також модулі ПК мають тактову частоту, як і процесор. Чим вона вища, тим більш виробний комп 'ютер. Заміну ОЗП слід здійснювати, переконавшись, що нові модулі сумісні з материнською платою.

Відеокарта

Принципи архітектури ПК перших серій не передбачали виділення відеокарти в окремий компонент. Тобто це апаратне рішення - це також один із критеріїв віднесення комп 'ютера до сучасних поколінь. Відеокарта відповідає за обробку комп 'ютерної графіки - одного з найбільш складних типів даних, що вимагають високої продуктивності мікросхем.

Замінювати даний апаратний компонент слід, співвідносячи основні його характеристики з потужністю і рівнем технологічності процесора, пам 'яті та материнської плати. Закономірність тут та ж, що ми відзначили вище: небажано, щоб відповідні елементи ПК сильно розрізнялися за рівнем продуктивності. Для відеокарти ключові критерії - це обсяг вбудованої пам 'яті, а також тактова частота основної її мікросхеми.

Буває, що модуль, відповідальний за обробку комп 'ютерної графіки, вбудований в процесор. І це не можна вважати ознакою того, що комп 'ютер застарілий, навпаки, подібна схема спостерігається на багатьох сучасних ПК. Найбільшу популярність дана концепція набуває в середовищі виробників ноутбуків. Це цілком логічно: брендам необхідно забезпечувати компактність такого типу комп 'ютерів. Відеокарта - це досить об 'ємний апаратний компонент, її розмір найчастіше помітно більше процесора або додатка пам' яті.

Жорсткі диски

Жорсткий диск - це класичний компонент комп 'ютера. Відноситься до категорії постійних пристроїв, що запам 'ятовують. Типовий для архітектури сучасних ПК. На жорстких дисках часто зберігається основний обсяг файлів. Можна відзначити, що даний компонент в числі найменш вимогливих до специфіки материнської плати, процесора, ОЗУ та відеокарти. Але знову ж таки, якщо жорсткий диск характеризується низькою продуктивністю, то є ймовірність, що робота комп 'ютера буде повільною, навіть якщо на ньому будуть встановлені інші апаратні компоненти, що належать до найбільш технологічних.

Основний критерій продуктивності дисків - швидкість обертів. Важливий також і обсяг, але значущість цього параметра залежить від потреб користувача. Якщо на комп 'ютері встановлений невеликий за місткістю жорсткий диск з дуже високими оборотами, то ПК буде працювати швидше, ніж при високій ємності і низькій швидкості обертання відповідних елементів пристрою.

Материнська плата, процесор, ОЗП, а також відеокарта - внутрішні компоненти ПК. Жорсткий диск може бути як внутрішнім, так і зовнішнім, і в цьому випадку найчастіше знімним. Основні аналоги жорсткого диска - флешки, карти пам 'яті. У ряді випадків вони можуть повністю його замінити, але по можливості рекомендується все ж оснащувати ПК хоча б одним жорстким диском.

Поняття архітектури ПК відкритого типу, звичайно ж, не обмежується можливістю заміни та вибору зазначених п 'яти компонентів. Є дуже багато пристроїв іншого призначення, які входять до складу комп 'ютера. Це приводи DVD і Blue-ray, звукові карти, принтери, сканери, модеми, мережеві карти, вентилятори. Набір відповідних компонентів може зумовлювати конкретна брендована архітектура ПК. Системна плата, процесор, ОЗП, відеокарта і жорсткий диск - елементи, без яких сучасний ПК працювати не зможе або його функціонування буде вкрай ускладнено. Вони ж головним чином визначають швидкість роботи. І тому, забезпечивши установку на комп 'ютері технологічних і сучасних компонентів відповідного типу, користувач зможе зібрати високопродуктивний і потужний ПК.

Комп 'ютери Apple

Які ще є типи архітектур ПК? Серед тих, які становлять пряму конкуренцію архітектурі IBM, зовсім небагато. Наприклад, це комп 'ютери Macintosh від Apple. Звичайно, за багатьма критеріями вони схожі з архітектурою IBM - у них також є процесор, пам 'ять, відеокарта, материнська плата і жорсткі диски.

Однак комп 'ютери від Apple характеризуються тим, що їхня платформа закрита. Користувач досить обмежений в установці на ПК компонентів на свій розсуд. Apple - це єдиний бренд, який може легально випускати комп 'ютери у відповідній архітектурі. Аналогічно Apple - єдиний постачальник функціональних операційних систем, що випускаються в рамках власної платформи. Таким чином, ті чи інші види архітектури ПК можуть різнитися не стільки апаратними складовими комп 'ютера, скільки підходами брендів-виробників до випуску відповідних рішень. Залежно від власної стратегії розвитку компанія може робити акцент на відкритості або ж закритості платформи.

Отже, основні особливості архітектури сучасних ПК на прикладі IBM-платформи: відсутність монопольного бренду-виробника комп 'ютерів, відкритість. Причому як у програмному, так і в апаратному аспекті. Що стосується головного конкурента IBM-платформи, компанії Apple, основні ознаки ПК відповідної архітектури - це закритість, а також випуск комп 'ютерів єдиним брендом.