Файл: Устройство персонального компьютера (Основная 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.

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, 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.

Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.

Персональные компьютеры, более чем какой-либо другой вид ЭВМ, способствуют переходу к новым компьютерным информационным технологиям, которым свойственны:

1. дружественный информационный, программный и технический интерфейс с пользователем;
2. выполнение информационных процессов в режиме диалога с пользователем;
3. сквозная информационная поддержка всех процессов на основе интегрированных баз данных;
4. так называемая «безбумажная технология».

Компьютер - это многофункциональное электронное устройство для накопления, обработки и передачи информации.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру (архитектуру фон Неймана).

Архитектура ПК определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера:

1. центрального процессора;
2. основной памяти;
3. внешней памяти;
4. периферийных устройств.

Задачей курсовой работы является изучение устройства современного персонального компьютера, предназначения основных узлов и устройств.

1. Основная часть

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).

Внутри системного блока находятся устройства для обработки и хра­нения информации. В зависимости от конфигурации компьютера они могут быть различными, но большинство типичных системных блоков включает следующие устройства.

1.1 Корпус

Корпус – это железный короб, в который устанавливаются все необходимые комплектующие.

Корпуса бывают нескольких форм-факторов:

• AT
• ATX
• Full Tower
• Rack

AT – небольшой устаревший корпус, в котором работали старые типы компьютеров на базе Pentium Ⅰ и Pentium Ⅱ.

Рисунок 1 – Корпус форм-фактор АТ

ATX –  средних размеров. В нем работают практически все современные компьютеры средних параметров.

Рисунок 2 – Корпус форм-фактор АТX

Full Tower – крупных размеров. В нем собирают игровые и вычислительно мощные ПК, так как он позволяет устанавливать крупные материнские платы, большое количество жестких дисков и других устройств. Кроме того, такой корпус обеспечивает хорошую вентиляцию.

Рисунок 3 – Корпус форм-фактор Full Tower

Rack – применяется исключительно для серверного оборудования. Имеет плоский вид и монтируется в серверные стойки.

Рисунок 4 – Корпус форм-фактор Rack

1.2 Материнская плата

Системная, или материнская, плата. Базовое устройство компьютера для установки процессора, оперативной памяти и плат расширения. К ней подключаются устройства ввода-вывода. Системная плата обеспечивает их взаимодействие, используя специальный набор микросхем систем­ной логики, или чипсет. На системной плате также располагаются другие устройства, например микросхема BIOS (базовая система ввода-вывода), батарейка для питания часов и CMOS (память с автономным питанием), тактовый генератор.

Материнская плата – это печатная плата, на которую устанавливаются все комплектующие: процессор, оперативная память, видеокарта, жесткие диски и другие. Потому ее и назвали материнская, так как она питает все эти компоненты.

Материнские платы, как и корпуса, бывают разных форм-факторов. Самые распространенные для домашнего ПК:

• ATX;
• Mini ATX.

На сегодняшний день хорошо себя зарекомендовали такие производители, как Gigabyte и Asus.

ATX – полнофункциональная плата, на которой установлено большое количество слотов для оперативной памяти и портов для жестких дисков. Такая плата как правило имеет большой потенциал для разгона.

Рисунок 5 – Материнская плата ATX

Mini ATX – плата меньшего размера. На ней установлено меньше слотов для оперативной памяти и портов для жестких дисков. Цена ее заметно ниже и устанавливается она в бюджетные офисные компьютеры.

Рисунок 6 – Материнская плата Mini ATX

Также существуют серверные материнские платы, у которых, в отличие от стандартных, два и более сокета для процессора и большое количество слотов для оперативной памяти и жестких дисков.

Рисунок 7 – Серверная материнская плата

1.3 Процессор

Процессор – это сердце компьютера. Он обрабатывает весь входящий поток информации, распределяя его между остальными комплектующими. Состоит из текстолита, на который крепятся микроконтроллеры и установлен кристалл – в нем и происходят все вычисления. Покрывается металлической крышкой.

Кристалл смазывается термопастой для отвода тепла на крышку, которую охлаждает радиатор (охлаждающее устройство).

Современный процессор - это микросхема с несколькими сотнями выводов, которая устанавливается в специальный разъем на системной плате; сверху на процессоре закрепляется радиатор с вентилятором для охлаждения (его также называют кулером). Установка процессора в разъем требует особой осторожности и аккуратности и обычно подробно описана в инструкции к системной плате.

Работа процессора заключается в последовательном выполнении ко-манд из оперативной памяти, и чем больше команд успевает выполнить процессор за секунду, тем выше производительность компьютера в целом. Скорость работы процессора зависит от нескольких параметров: тактовой частоты, количества ядер, объема кеш-памяти и некоторых других. Поскольку тактовые частоты современных процессоров приблизились к физическому пределу, для повышения их производительности применяется объединение нескольких процессорных ядер в одном корпусе. Процессоры с одним ядром (одноядерные) устанавливались только в самые дешевые компьютеры, в большинстве новых компьютеров использовались двухъядерные процессоры, а наиболее производительные системы собирались на основе процессоров с четырьмя ядрами. Конструкция процессоров и технология их производства постоянно совершенствуются, и одна модель может иметь несколько версий исполнения. Для обозначения внутренней архитектуры процессора разработчики придумывают их ядрам кодовые названия. Одна и та же версия ядра может претерпеть несколько модификаций, связанных с небольшими усовершенствованиями и исправлением ошибок.

Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней ему приходится некоторое время ожидать результата. Чтобы уменьшить время ожидания, непосредственно на кристалле процессора устанавливается небольшой объем очень быстрой памяти, называемой кеш-памятью. Она содержит данные, наиболее часто используемые процессором, и обычно работает на его тактовой частоте. Специальные алгоритмы для кеш-памяти позволяют своевременно подгружать нужные процессору данные из оперативной памяти, что увеличивает производительность системы. При маркировке современных процессоров обычно указывают название модели, по которому можно определить

В современных процессорах устанавливается два кристалла, один из которых отвечает за обработку графики (встроенная видеокарта).

На сегодняшний день существуют два крупных производителя – Intel и AMD. Intel выпускает серию Core I, AMD – серию Ryzen. Если сравнивать их, то основное отличие в том, что у AMD есть микро ножки.

Рисунок 8 – Процессор AMD

Для AMD нужна специальная материнская плата с AM4 сокетом. Такой процессор потребляет чуть больше электроэнергии, но выгоднее по цене.

Когда-то у AMD была проблема с большим тепловыделением и процессоры часто сгорали. Но сейчас в новых моделях Ryzen исправили этот недостаток – устройство уже так не греется.

Intel же имеют безупречную репутацию: они хорошо подходят для работы с графикой и видеомонтажом. У них нет ножек, они потребляют меньше энергии, но при нагрузке выделяют большое количество тепла.

Рисунок 9 – Процессор Intel

Мощность процессоров определяется по количеству ядер и частоте в гигагерцах.

Один из самых мощных процессоров Intel на сегодняшний день – Core I9 9900K. Он 8-ядерный с дополнительными 8-ью виртуальными ядрами с частотой 3,6 Ггц. Работает на сокете материнской платы LGA 1151v2.

Один из самых мощных процессоров AMD – Ryzen 7 3800X: 8 ядерный с дополнительными 8 виртуальными ядрами с частотой 3,9 Ггц, работающий на сокете материнской платы SocketAM4.

На сегодняшний день процессоры Intel и AMD не сильно уступают друг другу в производительности.

1.4 Охлаждение для процессора.

Современные процессоры могут производить огромное количество операций и вычислений. Чем серьезнее вычисление, тем сильнее он греется. Температура во время работы при плохом охлаждении может подниматься до 90 градусов и более, что негативно влияет на кристалл. Потому для процессора нужна хорошая система охлаждения.

Существует два типа охлаждения:

1. Водяное
2. Воздушное

Водяное – это когда к радиатору подведены два шланга, по которым циркулирует жидкость. Она охлаждается вентилятором, прикрепленным к корпусу.

Рисунок 10 – Водяное охлаждение процессора

Воздушное – это когда на радиатор установлен вентилятор.

Рисунок 11 – Воздушное охлаждение процессора

У каждого типа охлаждения есть свои плюсы и минусы:

• Водяное лучше охлаждает процессор, но требует обслуживания: нужно следить за уровнем жидкости, за состоянием шлангов.
• Воздушное не сильно уступает водяному, но имеет большой плюс в том, что не требует обслуживания – достаточно следить, чтобы вентилятор не запылился. Минус же заключается в том, что хорошее воздушное охлаждение имеет большие размеры и занимает много места в корпусе.

На своем опыте рекомендую ставить хорошее воздушное охлаждение с большим радиатором и как минимум восьмью медными трубками. Оно справится с рассеиванием тепла в 100-процентной нагрузке (без разгона процессора).

Хорошо себя зарекомендовали такие производители, как Deep Cool, Thermaltake, Thermalright.

Водяное охлаждение имеет смысл при разгоне процессора, когда температуры могут подниматься до критических. Из водяных систем хорошее охлаждение выпускает компания Corsair.

1.5 Оперативная память

Оперативная память – это память, в которую программы помещают свои данные для быстрой обработки процессором. Все вычисления в ней проходят в несколько раз быстрее, чем на жестком диске. После произведенных вычислений память автоматически очищается для новой обработки данных.

Оперативная память - один из важнейших компонентов системы, необходим для работы операционной системы и приложений, для обработки и временного хранения данных. Оперативная память не позволяет хранить информацию после выключения питания, но она работает намного быстрее жестких дисков и других устройств. Любая программа сначала загружается с жесткого диска в оперативную память и лишь затем начинает работу. Объем оперативной памяти существенно влияет на общую производительность системы, и его увеличение - наиболее простой и популярный метод модернизации компьютера. Для оперативной памяти может использоваться обозначение ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory - память с произвольным доступом). Оперативная память выполняется в виде отдельных модулей, которые состоят из нескольких чипов памяти и устанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате.