Апаратне забезпечення обробки інформації

Мікросхема введення-виведення калькулятора «Электроника C3-22»

Апара́тне забезпе́чення обро́бки інформа́ції — комплекс технічних засобів, складниками якого є електронні та електронно-обчислювальні пристрої, необхідні для функціонування інформаційної системи. Зазвичай це один або декілька комп’ютерів, зовнішні пристрої, засоби підтримування мереж локальних та глобальних: кабелі, концентратори, маршрутизатори тощо.

Структура комп’ютера

Компоненти комп’ютера: системний блок, складниками якого є материнська плата, корпус, процесор, внутрішня й зовнішня пам’ять, блок живлення, а також пристрої введення/виведення інформації. Окрім того, елементами комп’ютера можуть бути відеокарта, аудіокарта, інші порти введення-виведення та комунікаційне обладнання.

Материнська (системна) плата

Материнська плата є основною частиною комп’ютера, яка поєднує інші його елементи. Вона несе на собі головні компоненти комп’ютерної системи: центральний процесор, оперативну пам’ять, кеш-пам’ять, комплект мікросхем логіки, що підтримують роботу плати; чипсет, центральну магістраль або шину, контролер шини й кілька роз’ємних з’єднань. На мобільних пристроях усі ці компоненти вбудовані в системну плату. Материнські плати уніфіковані за типорозмірами. Найпоширеніші — ATX (англ. Advanced Technology Extended — типорозмір персональних настільних комп’ютерів), BTX (англ. Balanced Technology Extended), SFF (англ. Small Form Factor).

Центральний процесор (англ. Central Processing Unit — CPU) — велика інтегральна схема, призначена для програмно-керованого обробляння інформації. Залежно від типу виконуваних інструкцій розрізняють мікропроцесори CISC (англ. Complex Instruction Set Computer) і RISC (англ. Reduce Instruction Set Computer). Спочатку розроблено CISC-процесори; на сучасному етапі використовують лише RISC-процесори. Розрядність мікропроцесора визначають за кількістю бітів інформації, оброблюваної в ньому за один такт. Перший мікропроцесор Intel 4004 (1971) був 4-розрядним з тактовою частотою 750 кГц. Із розвитком процесорів їхня тактова частота і розрядність регістрів зовнішньої шини даних збільшилися, поліпшилося декодування команд.

Центральний процесор комп’ютера, як і контролери введення-виведення, звукові та відеочіпи — мікропроцесори (МП). Основними параметрами МП є набір команд, розрядність, тактова частота. Набір або систему команд постійно вдосконалюють, створюють нові команди та мікропрограми. Характеристика МП: розрядність (біт), тактова частота (Гц), кількість ядер, розмір кеш-пам’яті (Мб).

Пам’ять комп’ютера

Пам’ять комп’ютера умовно можна поділити на внутрішню (постійну, оперативну) та зовнішню (жорсткий диск, CD/DVD/BD, флеш-пам’ять). Внутрішня пам’ять комп’ютера — місце зберігання інформації, з якою він працює. Внутрішня пам’ять комп’ютера є тимчасовим робочим простором. Інформація в ній не зберігається після вимкнення живлення.

Оперативна пам’ять (RАМ — пам’ять прямого доступу) — енергозалежна пам’ять, використовувана під час роботи комп’ютера й призначена для збереження програм та поточної інформації. Для неї характерна велика швидкість виконання операцій. Після вимикання живлення інформація в пам’яті не зберігається. Оперативна пам’ять розподілена на елементарні області — байти.

CMOS-пам’ять (англ. Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) — енергозалежна пам’ять сімейства комп’ютерів PC, що живиться від батареї, яка також розташована на системній платі, коли комп’ютер вимкнений, та від блоку живлення, якщо комп’ютер увімкнутий. Її використовують для зберігання налаштувань BIOS (англ. Basic Input/Output System — базова система введення/виведення) або UEFI (англ. Unified Extensible Firmware Interface — інтерфейс розширюваної «прошивки»). Постійно підживлюється від батарейки, що живить і схему годинника реального часу, який безперервно відлічує час і поточну дату.

ROM-пам’ять (англ. Read-only memory — постійний запам’ятовувальний пристрій) — пам’ять, з якої починається завантаження комп’ютера. Наприклад, у сімействі комп’ютерів PC таку флеш-пам’ять використовують для зберігання коду BIOS або UEFI та початкового завантажувача. ВІOS — програми, що реалізують функції введення/виведення, а також тестування комп’ютера в момент вмикання живлення та інші спеціальні програми. У пізніших моделях комп’ютерів роль ВІOS відіграє UEFI — інтерфейс між операційною системою й мікропрограмами, які керують низькорівневими функціями комп’ютерного обладнання, що додатково до можливостей ВІOS надає безпосередній доступ до файлової системи для уникнення проблем з вірусами.

Зовнішня пам’ять (накопичувачі інформації) — запам’ятовувальні пристрої для тривалого зберігання великих обсягів інформації, незалежні від електроживлення. Розрізняють накопичувачі зі змінними й незмінними носіями. В основі роботи пристроїв збереження інформації лежать різні принципи (магнітні, оптичні тощо). Вартість збереження одиниці інформації на них значно нижча порівняно з оперативною пам’яттю, а обсяг використовуваних носіїв і час доступу до інформації більші.

Накопичувачі на твердих дисках (англ. Hard (magnetic) disk drive, HDD) — пристрої з незмінним носієм, які часто називають вінчестерами. Накопичувачі на оптичних змінних дисках: CD (англ. Compact Disk — компакт-диск), DVD (англ. Digital Versatile Disk — цифровий багатоцільовий диск), BD (англ. Blue ray Disk — блакитний промінь + диск) дають змогу переносити інформацію з одного комп’ютера на інший та робити архівні копії інформації, що є на жорсткому диску. Час доступу й швидкість зчитування запису залежать не тільки від самого пристрою, а й від швидкодії контролера диска, системної шини та центрального процесора комп’ютера. Цифрова інформація відображається на пластиковому диску з покриттям у вигляді западин (невідбивних плям) та острівців, що відбивають світло. На відміну від вінчестера, доріжки якого виглядають як концентричні кола, у компакт-диска одна безперервна доріжка у формі спіралі. Зчитування інформації з компакт-диска відбувається за допомогою лазерного (див. Лазер) променю. Характеристики: об’єм, швидкість зчитування й записування.

Флеш-пам’ять — енергонезалежна пам’ять, реалізована на мікросхемах, яку використовують у цифровій техніці для перенесення та зберігання інформації. Основні форм-фактори (типорозміри) флеш-пам’яті — SD (англ. Secure Digital) — картка пам’яті, яку вставляють у мобільні пристрої, та USB (англ. Universal Serial Bus), що використовують у комп’ютерах. Особливий тип флеш-пам’яті — SSD (англ. Solid-State Drive). Це перешкодостійкий RAID-масив (англ. Redundant Array of Independent Disks — надлишковий масив незалежних дисків) з елементів флеш-пам’яті, який використовують у сучасних комп’ютерах замість твердих дисків.

Стримери (англ. Streamer) або стрічкові накопичувачі (від англ. Tape drive) — накопичувачі на магнітних стрічках, які застосовують для створення архівних копій великого обсягу, з умонтованими засобами стиснення даних.

Блок живлення

Блок живлення перетворює змінний струм стандартної мережі електроживлення (220 В, 50 Гц) на постійний струм низької напруги. Він має кілька виходів на різні напруги (12 В і 5 В), які забезпечують живленням відповідні пристрої комп’ютера. Від потужності блока живлення залежить кількість додаткових пристроїв без власного блока живлення, які можна підключати до системного блока. На мобільних пристроях блок живлення забезпечує заряджання акумулятора. Джерело безперебійного живлення (англ. Uninterruptable Power Supply — UPS) — пристрій-посередник між блоком живлення комп’ютера та електромережою, призначений для захисту комп’ютера від стрибків напруги.

Пристрої введення інформації

Окрім клавіатури та сканера, до них належать миші й тачпеди (англ. touchpad — дотикопанель) — координатні пристрої введення інформації в комп’ютер. Як і клавіатури, є дротові та бездротові миші. Характеристики миші: роздільна здатність, кількість клавіш, наявність колеса прокрутки й додаткових кнопок.

Пристрої виведення інформації

Окрім принтера, дисплея, плотера, аудіокарти, порта) USB (англ. Universal Serial Bus), мережного адаптера, мультимедійного проекційного апарата (проектора) до них належить модем (модулятор-демодулятор), який дає змогу комп’ютеру зв’язуватися з іншим комп’ютером за допомогою телекомунікацій — телефонних ліній або інших каналів зв’язку.

Модеми поділяють на внутрішні й зовнішні. Внутрішній модем — електронна плата, умонтована безпосередньо в комп’ютер, а зовнішній — автономний пристрій, приєднуваний до одного з портів.

Є чимало інших пристроїв, які забезпечують введення та виведення інформації, зокрема, мікрофон. Сенсорні екрани (розрізняють оптичні, ємнісні, резистивні) дають змогу як вводити, так і виводити інформацію. WEB-камери забезпечують виведення відеозображення.

Розробка апаратного забезпечення в Україні

В Україні виробляють деякі елементи апаратного забезпечення, наприклад, комп’ютери «Impression» та електронні книги «Obriy», які збирають з імпортних комплектувальних. Апаратне забезпечення засобів криптографічного захисту виробництва ПАТ «Інститут інформаційних технологій», яке спеціалізується на наданні послуг з проектування, розробляння й упровадження рішень щодо забезпечення безпеки інформації в сучасних інформаційно-телекомунікаційних системах різного призначення та різного рівня складності, використовують в Україні для створення систем захищеного передавання даних (інформації для службового використання). Такі системи використовує державна міграційна служба, прикордонна служба тощо.

У 2000-х Державним науково-виробничим підприємством «Електронмаш» та Інститутом кібернетики імені В. М. Глушкова НАН України спільно розроблено сімейство інтелектуальних паралельних робочих станцій «ІНПАРКОМ», призначених для дослідження й достовірного розв’язування складних та надскладних науково-технічних задач із наближено заданими початковими даними для моделювання в реальному часі складних процесів різної природи. Основою «ІНПАРКОМ» є паралельна архітектура MIMD-комп’ютерів, об’єднаних в обчислювальний комплекс. MIMD-комп’ютер відрізняється від систем із масовим паралелізмом (nCube, CM5, HP V-class, HP SuperDome, IBM SP/2, Cray T3D, Cray T3E, SGI Origin) не тільки значно меншою ціною, а й тим, що його будують на стандартних компонентах, що дає змогу значною мірою використовувати стандартне програмне забезпечення, зокрема, операційні системи. На відміну від мереж звичайних чи комп’ютерів робочих станцій, MIMD-комп’ютер забезпечує значні резерви пришвидшення обчислень, тому що вузли MIMD-комп’ютера належать тільки йому, і їхня продуктивність не залежить від зовнішніх чинників.

Апаратні засоби «ІНПАРКОМ» поділяють на:

  • багатопроцесорний обчислювальний блок, що складається з набору високопродуктивних процесорів, об’єднаних середовищем для міжпроцесорної взаємодії;
  • графічні станції, що забезпечують інтерфейси з користувачами й мають необхідні засоби введення/виведення інформації.

Вони здійснюють керування використанням багатопроцесорного обчислювального ресурсу, загальносистемний моніторинг, спілкування з термінальними мережами користувачів, візуалізування результатів розв’язування задачі.

Література

  1. Плескач В. Л., Рогушина Ю. В., Кустова Н. П. Інформаційні технології та системи. Київ : Книга, 2004. 520 c.
  2. Колесниченко О. В., Шишигин И. В., Соломенчук В. Г. Аппаратные средства PC. 6 изд., перераб. и доп. Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2010. 800 с.
  3. Харрис Д. М., Харрис C. Л. Цифровая схемотехника и архитектура комп’ютера / Пер. с англ. Москва : ДМК Пресс, 2017. 772 с.

Автор ВУЕ

Ю. В. Рогушина


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Рогушина Ю. В. Апаратне забезпечення обробки інформації // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Апаратне забезпечення обробки інформації (дата звернення: 1.03.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
05.02.2021

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ