Архитектура современного компьютера

Железная составляющая современного компьютера - сложная электронная схема, состоящая из множества транзисторов, конденсаторов, резисторов и других радиоэлементов. Один чип процессора Pentium 4 состоит из 42 млн. транзисторов, а планка памяти может насчитывать 4 млрд. транзисторов и около 8 млрд. конденсаторов. Все, что происходит внутри этих радиосхем, сводится к обычным электрическим процессам, известным всем из школьного курса физики. 

К счастью, в компьютерах применяется принцип блочной конструкции. Каждое устройство (или блок) является вполне завершенной и самостоятельной единицей. Все соединения между блоками приведены к определенным стандартам. В результате для описания работы компьютера требуется лишь описать взаимодействие этих узлов между собой, не вдаваясь в подробности работы отдельных транзисторов. 
Прежде чем рассматривать архитектуру компьютера, уточним основные термины. 
Шина – группа проводников, предназначенная, для связывания различных компонентов компьютера. Внутренние шины соединяют устройства в пределах одной платы или даже внутри микросхемы. 

Порт – разъем, для подсоединения какого либо периферийного устройства. 

Процессор – микросхема, обрабатывающая цифровые сигналы. Порядок обработки данных зависит от поступающих команд.

Контроллер – устройство, управляющее другим устройством. Проще говоря, связывает различные устройства. 

Интерфейс – универсальный термин, обозначающий способ взаимодействия чего-либо с чем либо. Под аппаратным интерфейсом понимают назначение соединяющих устройства контактов или проводников и характеристику сигналов, передаваемых по ним. Программный интерфейс – стандарт, описывающий способ обмена данными между различными программами. Пользовательский интерфейс – способ общения пользователей с приложениями. Чаще всего используется графический интерфейс. 

Материнская плата – печатная плата, на котором находится ряд устройств. По сути, она является связующим звеном между всеми устройствами. Материнская плата построена на основе чипсета (набора микросхем). Одну из микросхем называют северным мостом. Задача этого узла – обеспечение взаимодействия между центральным процессором, оперативной памятью, видеоплатой и второй микросхемой чипсета – южным мостом. Вторая микросхема содержит в себе контроллеры ввода-вывода. Южный мост служит для подключения всех плат расширения, приводов компакт-дисков и портов периферийных устройств. 
Шина PCI связывает большинство периферийных устройств. К ее внешним разъемам подключаются звуковые карты, модемы, сетевые адаптеры, тюнеры, контроллеры USB-портов. На материнской плате могут находиться встроенный звуковой контроллер и сетевая карта. Фактически эти устройства подключены к той же шине PCI. Контроллеры шин SATA и IDE, к которым подключаются винчестеры и приводы компакт-дисков, тоже подключены к PCI шине. 
Обязательным компонентом материнской платы является чип BIOS, предназначенный для начальной загрузки компьютера. BIOS представляет собой память flash типа, в которой хранится микропрограмма. Также в состав материнской платы входит запоминающее устройство CMOS (хранит основные настройки BIOS) и часы реального времени. Все эти компоненты получают отдельное питание от батарейки. 

Центральный процессор – главный компонент платы. Именно здесь происходит основные вычисления. Процессор рассеивает мощность порядка нескольких десятков ватт, вследствие чего в обязательном порядке содержит систему охлаждения. 
Оперативная память служит для временного хранения данных, используемых во время работы компьютера. Информация накапливается в оперативной памяти и уже оттуда распределяется в другие устройства и процессор. 

Видеоадаптер предназначен для вывода информации от центрального процессора к монитору. Современные видеокарты по сложности сопоставимы с целым компьютером – имеется процессор, оперативная память. В бюджетных системах могут использоваться интегрированные видеосистемы – за вывод видео отвечает чип в составе северного моста. 
Звуковая карта предназначена для вывода звука. Так же возможен и обратный процесс оцифровка аналогового звукового сигнала. Чаще всего звуковая карта выполнена в виде отдельного кристалла непосредственно на материнской плате. Для более «продвинутых» решений используются отдельные PCI платы. 
Приводы предназначены для воспроизведения и записи информации. В данном случае используется оптический принцип записи (в отличие от винчестеров, где используется магнитные свойства поверхности). 
Блок питания служит для преобразования переменного напряжения в пониженое постоянное.