Файл: Устройство персонального компьютера ( Теоретические основы и структура персонального компьютера).pdf

Стандартный набор стационарной компьютерной системы включает в себя следующие основные устройства.

Системный блок – функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты компьютера от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и являющийся основой для дальнейшего расширения системы.

Основными компонентами, который входят в системный блок, являются микропроцессор, материнская плата, оперативная память, жесткий диск, CD-DVD привод, видеокарта, блок питания.

Микропроцессор – устройство, выполняющее алгоритмическую обработку информации, и, как правило, управление другими узлами компьютера или иной электронной системы.

По функциональной направленности микропроцессоры разделяются на:

– процессоры общего назначения. Такие процессоры могут достаточно эффективно решать широкий класс задач управления, вычислительных и пр. Именно процессоры этого класса используются в качестве центрального процессора в настольных рабочих станциях.

– процессоры цифровой обработки сигналов (ПЦОС). Эти процессоры специализированы под вычислительные задачи, связанные с цифровой обработкой сигналов. Функциональные устройства этих процессоров особенно эффективно выполняют характерные для этого класса задач операции: свёртки, фильтрации, перемножение векторов и матриц. В процессорах этого типа наиболее широко используется архитектура явного параллелизма. Также важной особенностью ПЦОС является малая энергозатратность на единицу вычислительной мощности, что обеспечило их применение в таких устройствах, как плееры, мобильные телефоны, фото-, видеокамеры и пр.

– микроконтроллеры. Задачи микроконтроллеров связаны в первую очередь с управлением устройствами в реальном времени, что определило и основные свойства микропроцессорных ядер в них: широкий набор операций ввода-вывода, лёгкая предсказуемость поведения во времени, большая скорость реакции на прерывания. Это очень простые процессоры, большинство из них 8-битные, и интегрированы со специфической периферией: таймерами, контроллерами последовательных каналов связи, двунаправленными портами ввода-вывода. Они широко используются в разнообразных портативных устройствах.

Наиболее распространенными видами являются микропроцессоры Intel и Advanced Micro Devices (AMD). Intel – это компания, которая практически с момента своего основания стала лидером на рынке.

---

Один из важнейших модулей компьютера, входящих в состав системного блока – это материнская плата. Все данные при работе компьютера обрабатываются ею. Материнская плата, системная плата (англ. mainboard, motherboard) — это плата больших размеров с установленными на ней микросхемами и разъемами для подключения процессора, оперативной памяти и остальных компонентов компьютера (см. Рис 2).

Рис 2. Материнская плата

1. слот для процессора;
2. слоты для ОЗУ;
3. разъемы для IDE - устройств (жесткий диск, флоппи – дисковод, CD – ROM);
4. разъемы для IDE - устройств (жесткий диск, флоппи – дисковод, CD – ROM);
5. слот для видеокарты;
6. слоты расширения;
7. слоты расширения;
8. набор контактов для соединения с кнопками и лампочками корпуса.

Форм-фактор системной платы – стандарт, определяющий размеры системной платы для ПК, места ее крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

В спецификации компьютера обычно указывают тип и частоту центрального процессора, объем оперативной памяти. Данные характеристики компьютера - самые главные, поскольку именно они определяют скорость его работы.

Процессор (CPU) — основная микросхема в системном блоке. Именно процессор занимается выполнением всех программ, запущенных на компьютере, и именно от него, главным образом, зависит производительность всей системы. Обычно, чем выше тактовая частота процессора, измеряемая в мегагерцах (МГц), тем выше скорость работы всех программ, выполняемых на ПК с таким процессором.

Оперативная память – энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Передача данных в/из оперативной памяти процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ обычно бывает 1 Гб, 2 Гб, 4 Гб и реже 8 Гб.

Оперативная память является внутренней памятью и отличается от внешней памяти, примером которой может быть жесткий диск или компакт-диск. Во внешней памяти информация сохраняется даже после выключения компьютера.

Накопитель на жестких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, винчестер, – устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве современных компьютеров.

---

Дисковод оптических дисков, или оптический привод (от англ. «disk drive» - дисковый привод) – это физическое устройство для считывания/записи данных с носителей различных типов. Дисководы могут быть внутренними, встроенными в системный блок, либо внешними и подключаться к компьютеру через USB-кабель.

Видеокарта – устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера или самого адаптера, в иную форму, предназначенную для дальнейшего вывода на экран монитора. В настоящее время эта функция утратила основное значение и в первую очередь под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором – графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа.

Компьютерный блок питания – вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения. Также, будучи снабжён вентилятором, он участвует в охлаждении системного блока.

Монитор предназначен для отображения процесса обмена информацией пользователя с компьютерной системой. Следует помнить, что дисплей – это только часть монитора, как экран – часть дисплея. Конструкция дисплея во многом определяется реализованным в нем принципом формирования изображения. Известны «плоские» дисплеи: жидкокристаллические, плазменные и люминесцентные. Ранее были наиболее распрастранены дисплеи на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Их аналог - бытовой телевизор. Однако, в отличие от телевизионного, экран монитора строит изображение из более мелких точек и сменяет их со значительно большей частотой (около 100 раз в секунду, а телевизионное изображение имеет частоту смены – 25 раз в секунду). Благодаря этому, изображение на экране монитора не мерцает и выглядит более четким и красочным. Размер экрана определяется по диагонали в дюймах. Современные мониторы имеют размеры 15, 17 и 19 дюймов.

Если монитор предназначен для отображения информации, т.е., это средство вывода информации из компьютера, то клавиатура - это средство ввода информации в компьютер. Принцип действия клавиатуры достаточно прост: совокупность датчиков воспринимает давление на клавишы и замыкает тем или иным образом определенную электрическую цепь.

Компьютерная мышь дополняет функции клавиатуры, но, если клавиатура - это средство ввода информации, то, мышь, главным образом, выполняет управляющие функции. Это устройство предназначено для быстрого и точного управления курсором на экране монитора ПК. Название «мышь» (англ. «mouse») манипулятор получил от аббревиатуры M-manually O-operated U-user S-signal E-encoder.

---

Функции базового комплекта расширяются при введении дополнительных устройств. Наиболее распрастраненные приведены ниже.

Модем – устройство, обеспечивающие подключение компьютера к глобальной сети Интернет.

Принтер – устройство, используемое для вывода электронной информации (черно-белого или цветного графического объекта/текста) на бумажный носитель.

Сканер – оптико-электронное считывающие устройство, обеспечивающие ввод текстов и других плоских изображений в компьютер.

Все устройства (за исключением клавиатуры и мыши) комплектуются сетевым кабелем для подключения к сети переменного тока 220 V, а также соответствующими кабелями для подключения к системному блоку. В подавляющем большинстве случаев, это будет кабель с USB-разъемом, который можно подключать к любому соответствующему USB-разъему системного блока компьютера.

Существует множество комплектаций компьютера, каждая из них имеет особенные возможности и различную мощность.

2. Программное обеспечение персонального компьютера

2.1. Уровни программного обеспечения компьютера. Базовое программное обеспечение персонального компьютера

Программное обеспечение необходимо для нормальной работы компьютера. Между всеми программами компьютера есть взаимная связь, все это можно назвать программной конфигурацией.

Для эффективного использования компьютера должно соблюдаться соответствие между уровнем развития вычислительной техники и программного обеспечения. С одной стороны, программное обеспечение определяет функциональные возможности компьютера. С другой, установка конкретного программного обеспечения может быть ограничена конструктивными особенностями компьютера.

Вся работа программ в вычислительной машине подчинена определенным действиям. Программы высокого уровня основываются на программах низкого уровня. Интерфейс в системном блоке связывает между собой программы разных уровней. Представить структуру программного обеспечения по уровням можно в следующем виде:

---

- уровень базовый;

- уровень системный;

- уровень служебный;

- уровень прикладной.

Рис. 3 Структура програмнного обеспечения ПК

Базовый уровень отвечает за правильную работу аппаратных средств, является низким уровнем класса. Программное обеспечение данного уровня хранится в микросхемах запоминающегося устройства (ПЗУ), его задача обеспечить работу входа и выхода BIOS. В процессе эксплуатации компьютера нельзя изменять программы и данные ПЗУ, они записываются в производственных условиях.

Системный уровень отвечает за связь программ вычислительного устройства с программами базового уровня и аппаратного обеспечения, и считается переходным уровнем. Этот уровень и его программы отвечают за эксплуатационные возможности компьютера. Когда на вычислительное устройство устанавливается новое оборудование, этот уровень должен быть обеспечен программой, которая свяжет устанавливаемое оборудование и другие программы. Программы, которые отвечают за взаимную связь с устройствами компьютера, называются драйверами.

В данном уровне есть и программы другого класса, которые отвечают за связь с пользователем компьютера. С помощью этих программ пользователь может вводить информацию в компьютер, пользоваться ею. Данный класс называется средствами пользовательского интерфейса, состояние этих программ регламентируют работу компьютера.

Ядром системы вычислительной машины является совокупность программ этого уровня. Задачи, выполняемые этим ядром, работа входа и выхода информации, работа памяти машины, работа файловой системы, и другие.

Служебный уровень отвечает за настройку систем компьютера, за автоматизацию процессов. Большинство программ данного уровня изначально входят в операционную систему, установленную на вычислительной машине. Существует два направления в развитии служебных программ: это программы для автономного применения и уже интегрированные в операционную систему.

Прикладной уровень отвечает за выполнение определенных задач, которые могут быть развлекательного характера, для решения вопросов производства, учебными программами. Между системным и прикладным уровнями программ есть взаимная связь, работа вычислительной машины зависит от операционной системы, установленной на данном устройстве. Этот уровень включает в себя: редакторы текста, системы автоматического создания проектирования, графические редакторы, браузеры, программы перевода текстов, системы, управляющие базами данных, таблицы, и многие другие программы прикладного уровня.

---