Что такое архитектура ПК — 4 принципа Неймана

Перед тем как строить дом, за работу берется архитектор. Он определяет расположение комнат, рассчитывает толщину стен, глубину фундамента и т.п. От архитектуры ПК зависит удобство использования и производительность компьютерной техники. 

Что такое, понятие 

Архитектура в сфере компьютерных технологий — это многозначное понятие, которое охватывает аппаратную и программную часть. В первом случае речь идет о материальной составляющей ПК: комплектующих, их взаимодействии и совместимости. 

Программная архитектура описывает уровни компьютерного софта — от машинного кода до высокоуровневых языков программирования, создаваемого с учетом особенностей «железа». Этот термин также применяют при характеристике процессоров (x86, ARM и других), оперативной памяти с разными режимами работы, а также отдельных узлов ПК. В современном мире архитектура важна, когда речь идет про компьютеры для программирования, где требования к стабильности и быстродействию стоят на первом месте.

В дальнейшем основное внимание уделяется аппаратной архитектуре персонального компьютера.

Технические особенности: Что такое инверторный двигатель в стиральной машине — 5 фактов простыми словами

Внешняя и внутренняя архитектура ПК 

При рассмотрении понятия «архитектуры» через призму взаимодействия деталей и устройств выделяют 2 уровня: внешний и внутренний. 

К внешней архитектуре относятся: 

• Системник от НР или другого производителя. Системный блок — это блок питания (БП), процессор, память и платы в корпусе. Вентиляторы БП и ЦПУ обеспечивают охлаждение комплектующих, возможны и дополнительные технические решения для предотвращения перегрева. К системнику подключают остальные внешние устройства. 
• Монитор — устройство для отображения информации. Подключается к системнику кабелем VGA, DP, HDMI или DVI. На системнике используют разъем дискретной видеокарты, если она входит в комплектацию. Когда на компе и дисплее отсутствуют одинаковые порты, в ход идут переходники. 
• Клавиатура — устройство ввода, подключается обычно к порту Usb, реже — к PS/2. Способ подсоединения зависит от интерфейса кабеля клавы. 
• Мышь — манипулятор, упрощающий управление. С подключением ситуация, аналогичная клавиатуре. 
• Колонки для воспроизведения звуков подключают кабелем к аудиовыходу на передней или задней панели корпуса. 
• Принтер, сканер и другие устройства периферии цепляют к разъемам Usb. Они, как и монитор, требуют отдельного подключения к электропитанию. 

Всё это в комплексе формирует привычный облик персонального компьютера, который можно использовать как компьютеры для учебы и как рабочие станции. Любые девайсы, кроме монитора, при наличии соответствующего аппаратного модуля, могут подключаться беспроводным способом. 

Устройство системного блока — это внутренняя архитектура. В корпусе установлены следующие комплектующие: БП, материнка, процессор, оперативная память, накопитель. В ПК для игр имеется отдельная видеокарта, за охлаждение отвечает не только кулер ЦПУ, но и корпусные вентиляторы. В дорогие системники для отвода тепла устанавливают жидкостное охлаждение. 

В корпусе в качестве отдельных элементов могут присутствовать сетевая и звуковая платы. Раньше еще устанавливали внутренние модемы и ТВ-тюнеры. 

Компактные лэптопы: Как выбрать ноутбук для школьника — 10 познавательных подсказок

Основные принципы 

Разработку логической схемы ЭВМ американские военные заказали Принстонскому и Гарвардскому университетам. В Принстоне в 1930-х годах к работе приступил фон Нейман, в Гарварде — Эйкен.

Архитектура большинства компьютеров строится на принципах фон Неймана:

1. Двоичность кодирования. Все данные кодируются в виде «0» и «1».
2. Для постановки задач компьютерам используют программы — наборы команд, которые выполняются одна за другой. Последовательное выполнение команд может быть нарушено в соответствии с заданным алгоритмом.
3. Принцип однородности. Информация и программы хранятся в одной памяти. Этот принцип позволяет переводить команды с высокоуровневого языка программирования в код, понятный компьютеру.
4. Принцип адресности. Память — это пронумерованные ячейки. Процессор всегда имеет доступ к любой из них.

Параллельно с логической схемой фон Неймана разрабатывалась гарвардская архитектура. Ее ключевой отличие — инструкции и данные хранятся на разных физических устройствах, однородность не соблюдается. Соответственно, информация идет по разделенным каналам. Технология требует дополнительных контактов на процессоре, но обеспечивает большее быстродействие. В силу технической сложности гарвардские наработки в то время не смогли составить конкуренцию предложениям фон Неймана, но к ним вернулись позже. 

Процессоры современных компьютеров для игр, учебы или программирования сочетают в себе преимущества архитектуры Неймана и гарвардской. Ведущие производители используют быстрые ЦПУ, в которых отсутствуют неоправданно сложные элементы. 

В борьбе за конфиденциальность: Как отключить телеметрию в Windows 10 и 11 — изменение настроек системы и 3 утилиты

Основные компоненты 

Корпуса компьютеров бывают разными по размеру и форм-фактору. Есть большие варианты — Full-Tower и Midi-Tower. Более компактные — Mini-Tower и SFF-модели. К последним относятся Desktop, Cube, Sandwich, а также фирменный MFF — характерный вариант для ПК от Делл. В корпуса мощных ПК устанавливают несколько вентиляторов или водяное охлаждение. Блок питания подбирается с учетом мощности и энергоэффективности, о которой свидетельствует сертификат 80+. По габаритам он может быть ATX, SFX или TFX.

Материнская плата задает основу для взаимодействия всех комплектующих и бывает разных форматов — E-ATX, ATX, Micro-ATX и Mini-ITX. В ее центре находится разъем для процессора, который обычно охлаждается кулером. Вентилятор может подключаться через три или четыре контакта, что позволяет регулировать его обороты. Оперативная память служит временным хранилищем данных и очищается при выключении компьютера. Чаще всего используют несколько планок ОЗУ в многоканальном режиме.

Для долговременного хранения информации применяются HDD и SSD. Жесткие диски обеспечивают базовую работу. Но твердотельные накопители работают быстрее и надежнее, так как лишены механических элементов. Видеокарта в дискретном исполнении, по сути, является самостоятельным вычислительным узлом с графическим процессором, памятью и системой охлаждения. Встроенные адаптеры менее мощные, но в компьютерах для офисов их возможностей достаточно. При необходимости к материнской плате можно подключить дополнительные платы, например, звуковую карту, расширяющую мультимедийные возможности компьютера.

Отличия и архитектурные особенности конструкции компьютеров 

Большинство настольных ПК собраны по принципу открытой архитектуры, которая дает широкие возможности по изменению комплектующих. Альтернативный вариант — закрытая архитектура, применяемая компанией Apple. 

Интересная статья: Как сбросить пароль Windows 11 или заменить на новый — 6 вариантов

Открытая архитектура 

Пользователь может самостоятельно расширить возможности ПК, покупает комплектующие по своему усмотрению с учетом совместимости. К примеру, юзер приобретает бюджетный ПК, но через несколько лет оперативки становится недостаточно или места на жестком диске не хватает. Открытая архитектура дает ему возможность провести модернизацию, существенно улучшить характеристики компа. 

В компьютеры от 2E, системник HP и других популярных производителей обычно устанавливают ОС Windows. Ее ключевые преимущества: продвинутая функциональность, четкое взаимодействие с любыми комплектующими и периферийными устройствами, обилие всевозможного программного обеспечения. 

Закрытая архитектура 

Альтернативный подход выбрали в Apple. Компания ориентируется на покупателей, для которых на первом месте качество, а цена вторична. Невозможность модернизации или ограничения по апгрейду — это минус в плане экономии средств. Вместо обновления железа приходится покупать новый компьютер.

С другой стороны, использование только наиболее подходящих комплектующих сводит к минимуму сбои при работе ПК. У Apple своя операционка — macOS. Она бесплатная, с ней ПК работает быстрее, но с учетом стоимости железа яблочные компы обходятся дороже. Характерная особенность — софтом и комплектующими занимается один производитель.

В современной технике Apple накопитель и ОЗУ распаяны, пользователь не может их заменить. Еще один минус — однообразие разъемов. Для подключения периферии сторонних производителей при такой архитектуре ПК могут понадобиться адаптеры.

В заключение несколько слов о внешней архитектуре ноутбуков и моноблоков. В обоих случаях пользователь получает комплект всего необходимого для работы и развлечений. Не нужно докупать монитор, клаву, мышку и колонки. В лэптопе экран в верхней части, клавиатура и тачпад — в нижней. В моноблоке объединены монитор и системник, а клава и мышь, как у обычного ПК. Преимущества и недостатки:

	Плюсы	Минусы
Ноутбук	Компактность и автономность. Лэптоп можно брать с собой в командировки. Аккумулятор дает возможность работать или смотреть фильмы при отключении электричества	Ограничения на размер экрана. Приходится покупать дисплей и комплектующие вместе (что-то может не нравится, выбрать идеальное сочетание сложно). Ценник может оказаться выше, чем на системник с монитором
Моноблок	Занимает мало места	Моноблоки уступают ноутбукам в плане мобильности, в них нет аккумулятора

Для дома чаще покупают стационарные ПК или ноуты, моноблоки обычно берут для офиса.

Для детворы: Какой компьютер купить ребенку для школы — 5 ключевых факторов правильного выбора