§ 8. Аппаратные средства компьютера

Архитектура описывает устройство и принципы взаимодействия основных частей. В модели фон Неймана программа и данные представлены кодами, хранящимися в памяти, а процессор последовательно получает и выполняет команды. Переходы могут изменять обычную последовательность исполнения.

Устройства ввода передают данные, устройства вывода представляют результат. Между ними работают память и процессор. Современные компьютеры используют кэши, параллельное исполнение и другие усложнения, поэтому учебная схема показывает логические роли, а не все реальные провода. Одинаковая последовательность битов может трактоваться как команда или данные в зависимости от контекста.

Упрощённый цикл: получить команду из памяти, расшифровать её, подготовить операнды, выполнить действие и сохранить результат. В регистре счётчика команд хранится адрес следующей команды. Регистры малы по объёму, но непосредственно участвуют в работе процессора.

Тактовая частота измеряет число тактов за секунду: 1 ГГц — миллиард тактов в секунду. Такт не равен одной произвольной операции. На скорость влияют архитектура, число выполняемых за такт команд, ожидание памяти, алгоритм и возможность параллельной работы. Удвоение числа ядер не гарантирует двукратного ускорения последовательной программы.

На системной плате находятся или подключаются процессор, оперативная память, контроллеры и разъёмы расширения. Совместимость определяется не только внешней формой разъёма: важны поддерживаемые интерфейсы, питание и характеристики компонентов.

В учебном описании обмен разделяют на адрес, данные и управление. Адрес указывает ячейку или устройство, данные несут передаваемое значение, сигналы управления задают действие, например чтение или запись. Эти логические функции в современных интерфейсах не обязательно реализованы тремя отдельными общими шинами. Контроллер помогает организовать работу конкретного устройства.

Регистры и кэш находятся ближе к вычислениям; оперативная память хранит активные программы и данные. Обычная RAM энергозависима: после выключения её содержимое не сохраняется. Накопитель нужен для длительного хранения. Термин «внешняя память» в учебной классификации описывает назначение, а не обязательно расположение снаружи корпуса.

HDD хранит данные магнитным способом, SSD — во флеш-памяти, оптический диск читается с использованием лазера. Прошивка может находиться в перезаписываемой энергонезависимой памяти: не вся «постоянная память» неизменна навсегда. Скорость, ёмкость и надёжность — разные характеристики; ни один тип накопителя не отменяет необходимости сохранять важные данные в резервной копии.