Файл: Устройство персонального компьютера (Понятие и классификация компьютеров).pdf

Представление структуры персонального компьютера в виде рисунка 3 является достаточно удобной формой для начального этапа изучения организации любого современного компьютера, так как, несмотря на большое число его компонентов (устройств), в процессе его функционирования практически всегда можно выделить пару взаимодействующих устройств, например: «ЦП – Память», «ЦП – ВУ». Из них активным, как правило, является процессор. При работе компьютера в так называемом режиме ПДП (прямого доступа к памяти) активным элементом является внешнее устройство, которое в этом режиме с помощью специального контроллера ПДП управляет обменом данных между ВУ и ОП, минуя процессор, через специально выделенный канал ввода-вывода.

2.2. Аппаратное и программное обеспечение персонального компьютера

Аппаратные средства (аппаратное обеспечение, или hardware) персонального компьютера представляют собой несколько сложных электронных и электронно- механических устройств. К ним относятся процессор, оперативная память, дисплей, клавиатура, внешние устройства. Аппаратные средства обеспечивают скорость обработки информации и возможность представления цифровых данных в текстовом и графическом видах.

Программные средства (программное обеспечение, или software) компьютера — это совокупность программ, позволяющих организовать обработку информации на компьютере.

Аппаратное и программное обеспечения в компьютере тесно связаны: без программ самый хороший и новейший компьютер и самое замечательное периферийное оборудование окажутся мертвым металлоломом.

Конструктивно персональный компьютер состоит из основных блоков и дополнительных устройств (периферии).

Основные блоки — устройства, которыми оснащены все без исключения компьютеры. К ним относятся:

• системный блок (рисунок 4, а);
• монитор (дисплей) — для изображения текстовой или графической информации (рисунок 4, б);
• клавиатура — для ввода в компьютер символов (рисунок 4, в);
• мышь — ручной манипулятор, обеспечивающий ввод информации
  (рисунок 4, г).

Рисунок 4 - Основные блоки персонального компьютера:

а – системный блок; б – монитор; в – клавиатура; г – мышь на коврике

Системный блок — самая важная часть компьютера. Устройства, находящиеся внутри него, называются внутренними устройствами компьютера, вне его — внешними.

Согласованность работы отдельных узлов компьютера обеспечивают аппаратно-логические устройства, называемые аппаратными интерфейсами. Многочисленные интерфейсы, используемые в компьютере, можно разделить на две группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — группами битов одномоментно. Количество битов в группе определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают порциями 8 бит = 1 байт. Так как параллельные интерфейсы обеспечивают более высокую производительность, то их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения устройств записи информации на внешний носитель, устройств ввода графической информации, печатающих устройств. Последовательные интерфейсы применяют для подключения устройств, где нет существенных ограничений по скорости обмена информацией: цифровые фотокамеры, простейшие устройства печати, мышь и некоторые другие устройства ввода/вывода информации. Скорость передачи информации через последовательные устройства измеряют в битах в секунду (бит/с, кбит/с), через параллельные — в байтах в секунду (байт/с, кбайт/с).

2.3 Внутренние устройства компьютера

В системный блок персонального компьютера входят корпус и находящиеся в нём источник питания, материнская (системная) плата с процессором и оперативной памятью, платы расширения (видеокарта, звуковая карта, сетевая карта), различные устройства внешней долговременной памяти (жёсткий диск (HDD), дисководы для дискет (FDD) и для компакт-дисков (CD-ROM, CD-RW, DVD) и прочие дополнительные устройства.

Материнская (системная) плата (Main Board или Mother Board) — это основная плата персонального компьютера, потому что на ней размещаются все наиболее важные элементы компьютера, без которых он не смог бы работать.

На ней также находятся контроллеры и слоты (разъёмы) для подключения дополнительных плат (рисунок 5).

Рисунок 5 - Внешний вид материнской платы: а — место установки (socket) процессора; б — слоты для модулей оперативной памяти; в — слоты для дополнительных плат; г — микросхема «северного моста» чипсета; д — микросхема «южного моста» чипсета; е — микросхема ПЗУ с батарейкой для сохранения содержимого BIOS; ж — порты и разъёмы для подсоединения различных шин

На материнской плате располагаются:

• процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
• оперативная память — набор микросхем, предназначенный для временного хранения данных при включённом компьютере;
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная для длительного хранения информации даже при выключенном компьютере;
• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих функциональные возможности материнской платы;
• контроллеры дисков, мыши, адаптер монитора и других устройств (контроллер — это электронная схема, преобразующая код внешнего устройства в код процессора и обратно);
• интегрированные дополнительные устройства — встроенные в материнскую плату дополнительные микросхемы (сетевая карта, отвечающая за работу с сетью; видеокарта, отвечающая за обработку видео; звуковая карта, отвечающая за обработку звука); интегрированные устройства часто по качеству уступают своим «независимым» собратьям на отдельных дополнительных платах;
• три шины (наборы проводников) — информационная магистраль, связывающая воедино все устройства внутри системного блока; по ним передаются сигналы между отдельными внутренними устройствами компьютера;
• набор слотов (разъёмов) для подключения различных дополнительных устройств.

Процессор — центральное процессорное устройство — важнейший компонент любого персонального компьютера. Он управляет работой компьютера и обрабатывает большую часть информации.

Процессор — мозг компьютера, устройство, выполняющее математические и логические операции с числами, в которые преобразуется любая поступающая в компьютер информация.

Процессор представляет собой кристалл кремния площадью 4–6 см², выращенный по специальной технологии и содержащий в себе миллионы транзисторов.

В целом, процессор — это сверхбольшая интегральная схема, степень интеграции которой определяется размером кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов (рисунок 6).

Рисунок 6 - Современные процессоры: а — AMD; б — Intel

С остальными устройствами компьютера, в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников — шинами (с адресной шиной, с шиной данных, с шиной команд). Процессор монтируется в специальное гнездо, называемое сокетом (socket), а сверху на него помещается индивидуальный вентилятор — кулер (coller) для отвода тепла, образующегося во время работы процессора. Современные процессоры выделяют достаточно много тепла, поэтому кулер абсолютно необходим.

Оперативная память (RAM) предназначена для временного хранения данных при включённом компьютере и представляет собой массив ячеек, способных хранить данные. При выключении компьютера информация в оперативной памяти стирается. Эта память работает непосредственно с процессором, передавая в него данные и получая результаты обработки. В ней хранятся данные и программы, с которыми пользователь работает в настоящий момент.

Жёсткий диск, или винчестер (основное устройство для долговременного хранения информации в компьютере) для этих целей не подходит, потому что время доступа к выбранному участку современного жёсткого диска составляет 8 микросекунд (8×10–6 с). Оперативная память обеспечивает время доступа к ячейкам памяти 7 наносекунд (7×10–9 с), что почти в тысячу (103 = 1000) раз быстрее. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти.

Конструктивно оперативная память состоит из микросхем, собранных в специальные модули памяти (16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт), которые вставляются в соответствующие разъёмы на материнской плате (рисунок 7).

Рисунок 7 - Внешний вид модуля оперативной памяти

Существуют два варианта конструкций модулей памяти: однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). Первые устанавливают только парами (на материнской плате для них всегда чётное число разъёмов), вторые можно устанавливать и по одному. Некоторые модели материнских плат имеют разъёмы и первого, и второго типов, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

Микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ или ROM)

способна длительное время хранить информацию даже тогда, когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, записывают в неё на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода/вывода — BIOS (Basic Input Output System). Микросхема ПЗУ содержит набор программ для проверки состава и работоспособности компьютерной системы и обслуживания устройств компьютера. Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера сразу после его включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняют проверку дисководов, позволяют выполнять некоторые настройки чипсета и даже самой материнской платы, а также загружают внешнюю операционную систему. BIOS, кроме того, содержит программу тестирования при включении питания компьютера и программу начального загрузчика операционной системы.

Чипсет (chipset) — это набор микросхем, необходимый для взаимодействия процессора со всеми остальными электронными устройствами. Он находится на материнской плате рядом с процессором. Чипсеты различных материнских плат состоят в основном из двух микросхем. Это самые крупные (после процессора) микросхемы на материнской плате (рисунок 8).

Рисунок 8 – Чипсет материнской платы

Одна из них (называется южным мостом) выполняет функции контроллера жёстких и гибких дисков, контроллера подключённых периферийных устройств (клавиатуры, мыши и т. д.), отвечает за работу с шинами PCI, ISA и USB.

Напомним, что контроллер — устройство (электронная схема), преобразующее информацию с кода внешнего устройства в код процессора и обратно, т. е. проще говоря, устройство-переводчик.

Другая микросхема (называется северным мостом) управляет взаимосвязью процессора, оперативной памяти, шины PCI и порта AGP.

Современные модели материнских плат имеют несколько шинных архитектур, в частности:

- шину для связи процессора с оперативной памятью FSB;

- шину AGP (усовершенствованный графический порт) для подключения видеокарты;

- шину PCI для подключения дополнительных устройств;

- шину ISA для подключения устаревших устройств и для устройств, которые не нуждаются в высокой скорости обмена данными.

Дополнительные платы подключаются к слотам (разъёмам) материнской платы в виде дочерних плат и выполняют операции, связанные с обработкой звука (звуковая карта), с управлением изображения на экране (видеокарта), с организацией связи компьютеров в локальной сети (сетевая карта).

Звуковая карта переводит аналоговый звуковой сигнал в цифровую форму, чтобы записать звук от внешнего источника (например, микрофона или магнитофона) в память компьютера, а при прослушивании звука на компьютере, наоборот, осуществляет обратное преобразование — из цифровой формы в аналоговую (рисунок 9).

Рисунок 9 - Внешний вид звуковой карты, особенностью которой является большое количество внешних разъёмов (портов) для устройств акустической системы: а — порты; б — слот стандарта PCI для подсоединения к материнской плате; в — чипсет звуковой карты

Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Звуковая карта имеет специальный порт (разъём), который позволяет подключить микрофон и записывать речь или музыку, а также сохранять их на жёстком диске. Основным потребительским параметром её является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой формы в цифровую, и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность при преобразовании и тем лучше качество звучания. Наиболее распространены 32- и 64-разрядные устройства.