Файл: Устройство персонального компьютера (Глава 1. Теоретическая часть).pdf

Введение

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Существует три основных класса компьютеров:

- цифровые, обрабатывающие данные в виде числовых двоичных кодов;

- аналоговые, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин;

- квантовые, устройства, которые используют явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных (полноценные компьютеры данного класса пока являются гипотетическими, в силу недоразвитости квантовой теории).

Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "современный цифровой компьютер".

Нужно знать его и уметь им пользоваться. Не каждый человек, который работает на компьютере, представляет себе полностью из каких устройств он состоит. Поэтому в своей работе я хочу изучить особенности и устройство персонального компьютера и его основных компонентов. К каждому компоненту подойти более подробно, изучив, все его особенности. Научиться правильно собирать и разбирать системный блок, установить в него материнскую плату и все компоненты, которые находятся на материнской плате. Правильно подключить все периферийные устройства.

1. Теоретическая часть

1.1 Устройство ПК

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольшей степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Конструктивно, каждая модель компьютера имеет так называемый «базовый набор» внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер:

• монитор;
• системный блок;
• клавиатура;
• мышь.

Рис. 1. Базовый набор современного ПК

В свою очередь, системный блок состоит из базового набора устройств без которых работа компьютера невозможна, называемые внутренними.

Системный блок состоит из:

1. Корпус
2. Материнская плата
3. Центральный процессор
4. Оперативная память
5. Блок питания
6. Жесткий диск
7. Дисковод флоппи (устарело в настоящее время)
8. Привод CD/DVD (в зависимости от модели)

Рассмотрим каждый компонент более подробно.

1.1.1 Корпус

В корпусе (case) размещены все внутренние компоненты компьютера: блок питания, жесткий диск, дисковод флоппи, привод CD/DVD, материнская плата, процессор, оперативная память, а также прочие дополняемые при необходимости компоненты.

На передней панели корпуса находятся кнопки:

• Кнопка Power. Включает и выключает компьютер.
• Кнопка Reset (сброс). Производит принудительную перезагрузку компьютера.
• Индикатор включения.
• Индикатор активности жесткого диска. Этот индикатор загорается в момент обращения различных программ к жесткому диску, т.е. чем выше частота мигания, тем больше обращений.
• Кнопка привода CD/DVD.
• Кнопка привода флоппи – накопителя в старых моделях.

На задней панели корпуса находятся отверстия для разъемов:

• PS/2 для мыши (зависит от модели материнской платы),
• PS/2 для клавиатуры (зависит от модели материнской платы),
• USB для подключения периферийных устройств,
• COM (в старых моделях),
• LPT (в старых моделях),
• линейного аудиовыход,
• линейного аудиовхода,
• микрофона,
• видеовыходов VGA, DVI и/или HDMI для подключения монитора,
• шнура питания,

и выключатель напряжения питания.

Существует несколько форм-факторов корпусов: desktop - настольный блок, расположенный на столе под монитором и корпусы типа tower (башни) – вертикальные блоки, являющиеся самыми распространенными. Приставками «Mini-», «Midi-» и «Big-» обозначают размер корпуса по вертикали.

Размеры корпусов

1.1.2 Блок питания

Блок питания предназначен для преобразования переменного напряжения электросети в постоянное напряжение различных величин, необходимых для питания внутренних устройств системного блока. Для охлаждения своих силовых компонентов в блоке питания установлен вентилятор.

Основной характеристикой БП является его мощность. Оптимальной выходной мощностью блока питания современного компьютера средней производительности составляет 350 Вт - 400 Вт. Входное напряжение, в зависимости от для какой страны предназначен, составляет 110 В или 220 В. А основными величинами напряжения на выходе являются +3,3 В, +5 В, +12 В, при том допускается лишь незначительное отклонение в большую, либо в меньшую сторону до 0,3-0,5 В.

Электропитание из единого блока питания подводится ко всем схемам и устройствам системного блока с помощью различных разъемов:

• ATX (24 конт.)
• CPU (4 или 8 конт.)
• SATA (15 конт.)
• MOLEX (4 конт.)
• PCI express (6 или 8 конт.)
• Floppy (4 конт.)

Расположен блок питания в корпусе сверху или снизу разъемом питания 220В к задней стенке корпуса.

1.1.3 Жесткий диск

Запоминающим устройством, который хранит операционную систему, все установленные программы и все личные данные пользователя, является жесткий диск.

Жесткий диск, винчестер (HDD) — устройство предназначенное для хранения больших объемов информации (значительно больших, чем может вмещать оперативная память) и не теряющее эту информацию при выключении компьютера, из-за чего и называют его энергонезависимым. Жесткий диск представляет собой металлический корпус небольших размеров, внутри которого расположены несколько вращающихся со скоростью 5400 об/мин, 7200 об/мин или 10000 об/мин, в зависимости от модели, дисков (блинов). Считывание и запись информации на них производятся посредством специальных магнитных головок, перемещающиеся над поверхностью диска, позиционируясь над дорожками информации, записанной на его поверхности.

Существует два форм-фактора винчестеров: 3’5 дюймовые для системных блоков и 2’5 для ноутбуков и нетбуков.

Говоря о жестких дисках необходимо отметить твердотельные накопители SSD, вошедшие в нашу жизнь, относительно недавно.

Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — запоминающее устройство на основе микросхем памяти, которое медленно из-за очень высокой стоимости, но верно внедряется на смену HDD. Накопители SSD отличаются существенно более быстрой записью и чтением информации, а также более высокой ударостойкостью. Основным недостатком является, только ограниченное количество циклов записей/стирания на ячейку памяти (в среднем 2000 циклов).

Накопители HDD/SSD расположены в корпусе в специально отведенных боксах/полках за лицевой панелью. Обычно имеется место для установки нескольких накопителей и разного форм-фактора.

1.1.4 Накопитель флоппи

Дисковод для флоппи-дисков (FDD) - устройство для чтения информации с гибких дисков (дискет) и записи на них. Дискета представляет собой небольшой трех дюймовый гибкий диск в защитном чехле, на который магнитным способом записывается информация. На гибких дисках можно хранить информацию совсем небольшого объема (до 1,44 Мбайт). С появлением оптических дисков CD и DVD, а потом и флешек, которые надежнее и вмещают в тысячи раз больше информации, флоппи-диски потеряли актуальность.

1.1.5 Материнская плата

Материнская плата, системная плата (mainboard, motherboard) — плата больших размеров с установленными на ней микросхемами и разъемами является связующим звеном всех компонентов системного блока.

Размер материнской платы подбирается с учетом форм-фактора корпуса куда она будет установлена. Вот несколько основных:

• WTX – 355,6х425,4 мм, для серверов и рабочих станций
• ATX – 305х244 мм, для обычных корпусов
• Mini-ATX – 284х208 мм, для малых корпусов
• microATX – 244х244 мм, для малых корпусов
• Mini-ITX – 170х170 мм, для сверхмалых корпусов

Плата (стандартный размер - 305 x 244) располагается в корпусе длинной стороной вдоль задней стенки, обычно под или над блоком питания, причем, основные разъемы питания также находятся в непосредственной близости от него. Такое расположение позволяет уменьшить длины проводов и уложить их более аккуратно, что может помешать циркуляции воздушного потока в корпусе. На рис. 2 приведена конструкция материнской платы.

1.1.6 Процессор

Главной микросхемой, выполняющий все вычисления и команды пользователя, является центральный процессор. Именно он занимается выполнением всех программ, которые запущены на компьютере, и именно от него главным образом зависит производительность всей системы.

Основными характеристиками процессоров являются: платформа, сокет, частота и количество ядер. Обычно чем выше тактовая частота процессора, измеряемая в мегагерцах (МГц), тем выше скорость работы всех программ. Сегодня технологии позволяют производить процессоры с частотами до 4,5 ГГц. Основой любого процессора является ядро, которое состоит из миллионов транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Встречаются процессоры с 1, 2, 2 (4 поточные от Intel), 3 (от AMD), 4, 4 (8 поточные от Intel), 8, 10, 12 ядрами. В настоящее время встречаются процессоры только двух платформ Intel и AMD, хотя еще существует и платформа ЭЛЬБРУС Российской разработки, однако процессоры на данной платформе не доступны обычным пользователям. Для каждого поколения и платформ процессоров разрабатываются свои сокеты, т.е. разъемы на системной плате, куда вставляется процессор, различные по внешнему виду и количеству контактов.

1.1.7 Оперативная память

После считывания данных с жесткого диска, вся информация попадает в оперативную память и находится там, пока не завершится обработка процессором и запишется обратно в жесткий диск.

Оперативная память, ОЗУ она же RAM (англ.) — это энергозависимая часть компьютерной памяти, предназначенной для хранения временных данных, обрабатываемых процессором. Хранятся эти данные в виде бинарной последовательности, то есть набора логических нулей и единиц. Энергозависимой же она называется потому, что для её работы необходимо постоянное подключение к источнику электрического питания. Стоит только отключить её от питания, как вся хранящаяся в ней информация будет утеряна.

Существует несколько форм-факторов модулей памяти:

1. SIMM (Single In line Memory Module – модуль памяти с одним рядом контактов) – модуль памяти, вставляемый в зажимающий разъем; применялся во всех платах до Pentium, а также во многих адаптерах, принтерах и прочих устройствах. SIMM имеет контакты с двух сторон модуля, но все они соединены между собой, образуя как бы один ряд контактов. Памяти данного типа очень устарели и сейчас встречается только в очень старых компьютерах.