Файл: Устройство персонального компьютера (Процессор).pdf

Вступление

Почти у каждого в доме есть ПК, но не каждый задумывался о истории его происхождения. Сегодня мы играем в них, смотрим кино, пишем лекции и решаем графические задачи, носим их в сумках или они стоят на столе, хотя меньше века назад, Они занимали несколько этажей и могли просчитать всего несколько сотен действий умножений.

Первые ЭВМ были примитивны и громоздки и представляли из себя огромные шкафы с лампами занимающие несколько этажей, их стоимость была невероятно высока, а возможности сильно ограничены. Они были предназначены исключительно для выполнения объемных расчетов и могли выполнять всего лишь около 350 операций умножения. Первая ЭВМ была создана в США, учеными Пенсильванского университета. Удобство и польза ЭВМ была абсолютно очевидна, но из-за отсутствия возможности качественной модернизации ЭВМ, начались эксперименты с оснащением и материалами компонентов, при переходе от вакуумных ламп к применению полупроводниковых транзисторов, стало возможно уменьшить размеры, повысить быстродействие и понизить энергопотребление. Дальнейшее модернизация ЭВМ, позволила в середине 60-х годов начать создавать ПЭВМ и с тех пор началась эра ПК.

Первым ПК принято считать творение итальянского инженера Пьера Джорджио Перотто под названием Programma 101 . Этот аппарат имел возможность применения во многих сферах человека. Его закупала армия, больницы, школы и даже «NASA» использовал Programma 101 для расчетов посадки Apollo 11 на Луну в 1969 году.

Первым ПК «для всех» считается  "Altair 8800", его мог себе не каждый радиолюбитель, так как имел высокую стоимость и предполагал высокий уровень профессиональной подготовки.

С тех пор прошло не так много времени и ПК есть почти в каждом доме, в настоящее время есть формальные разделение предназначения ПК. Среди которых Домашний ПК, предназначенный для повседневного использования, просмотра фильмов, обучения, игр и занятием хобби. Ноутбуки, автономные ПК который Вы можете взять с собой и будете иметь все возможности своего домашнего компьютера, а так-же профессиональные для работы с графикой, построения сложных моделей, решения крупных задач и так-же широко распространены игровые машины, которые обладают повышенной мощностью, графических и вычислительных компонентов.

---

Все они базируются на обязательных компонентах, так как в наши времена некоторые компоненты стоят до нескольких сот тысяч рублей, предлагаю разобраться, из чего состоит ПК и какие компоненты более подходят для решения разных задач требуется.

Основные компоненты

1. материнская плата

Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. Mainboard)— это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера.

Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express.

Основное назначение Материнской платы, это объединение основных компонентов компьютера между собой. В настоящее время материнская плата носит уже больше функций, например в большинстве заранее установлены звуковые карты, для вывода звука на динамики устройств и сетевыми адаптерами для доступа в интернет.

Материнская плата так-же является хранилищем, микросхемы BIOS и батарейка питания CMOS памяти — здесь находится ПО для запуска компьютера и его тестирования. В CMOS хранятся настройки BIOS, а для того, чтобы они не сбивались когда вы выключаете компьютер (данная память энергозависима) используется специальная батарейка, которая и питает память.

Сегодня вы можете увидеть множество системных плат от разных производителей: ASUS, MSI, GIGABYTE, Asrock, Esonic, при этом все они делятся на множество видов. Например, под какой из типов процессоров они ориентированы – AMD, или Intel. Каждый из классов конкурирующих ЦП уникален и требует индивидуальный сокет. У AMD это: AM1, AM3+, АM4, FM2, FM2+. Системные платы, предназначенные для ЦП от Intel имеют разъемы: LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011, LGA 2011-3. Еще материнские платы делятся по типу поддерживаемой памяти – DRR3 или DDR4.

Как Вы поняли, не существует универсальной материнской платы, но все они осуществляют основную соединительную функцию, предлагаю рассмотреть основные параметры материнской платы

• Форм-фактор –этот параметр, включает в себя размер, места крепления материнки, а также разъемы для дополнительных устройств;
• Тип сокета материнской платы – гнездо, куда устанавливается ЦП. Важный параметр, поскольку мы знаем, что конкретный вид процессоров требует определенный разъем;
• Число слотов и поддерживаемый тип ОЗУ — первое указывает на возможности увеличения объема оперативной памяти, второе — на скорость ее работы;
• Частота системной шины — напрямую влияет на производительность компьютера. Чем больше — тем выше будет производительность ПК. Естественно, это не единственный фактор, влияющий на скорость работы компьютера, однако необходимо подбирать компоненты так, чтобы частота системной шины не была меньше, чем у других элементов;
• Чипсет — один из главнейших пунктов при выборе материнской платы. По-большому счету, именно от него зависит тип процессора, который можно будет использовать, памяти, поддержка различной периферии и т.д;
• Количество слотов PCI и PCI Express — от этого будет зависеть количество и возможность подключения как видеокарт, так и других плат расширений используемых данный интерфейс;
• Число гнезд SATA – позволит понять сколько HDD, SDD, и приводов оптических дисков возможно подключить;
• Наличие и характеристики интегрированных: сетевой, графической и звуковой карт — позволит понять на что будет способен ваш ПК без покупки их дискретных аналогов;
• Наличие и количество внешних разъемов — как для стационарного компьютера, так и для ноутбука важно наличие хотя бы 3 USB портов, выхода на наушники и входа для микрофона. Кроме того зачастую также необходим Ethernet порт, VGA (уже довольно старый), HDMI. Хотя здесь больше необходимо отталкиваться от собственных потребностей.

---

1.  Процессор

Процессор (от англ. «to process» — «обрабатывать») — это устройство, предназначенное для обработки чего-либо. Является центральным вычислительным элементом любого компьютера, управляет всеми остальными его элементами. Современный микропроцессор — это прямоугольная пластинка из кристаллического кремния. На ее маленькой площади расположены схемы (транзисторы). Пластинка находится в керамическом или пластмассовом корпусе, к которому она подсоединяется посредством золотых проводков. Благодаря такой конструкции процессор легко и надежно подсоединяется к системной плате ПК.

Без команды, отданной процессором, не может быть произведена даже такая простая операция, как сложение двух чисел, или запись одного мегабайта информации. Все это требует немедленного обращения к ЦП. Что уж до более сложных задач, таких как запуск игры, или обработка видео.

К словам выше стоит добавить, что процессоры могут выполнять и функции видеокарты. Дело в том, что в современных чипах отведено место для видеоконтроллера, который выполняет все необходимые от нее функции, а как видеопамять использует ОЗУ. Не стоит думать, что встроенные графические ядра способны конкурировать с видеокартами хотя бы среднего класса, это больше вариант для офисных машин, где мощная графика не нужна, но все же потянуть что-то слабое им по зубам. Главным же достоинством интегрированной графики является цена — все же отдельную видеокарту покупать не нужно, а это существенная экономия.

В данный момент на рынке, есть два лидирующих бренда AMD и Intel.

Основное различие между продукцией AMD и Intel – не количество ядер, а архитектура – внутреннее строение. Каждый из конкурентов предлагает свое строение «внутренностей», свой вид процессора, кардинально отличающуюся от конкурента.

Основные характеристики процессоров

Мы рассмотрели, что такое процессор компьютера, как он работает. Ознакомились с тем, что из себя представляют два основных их вида, время обратить внимание на их характеристики.

Итак, для начала их перечислим: бренд, серия, архитектура, поддержка определенного сокета, тактовая частота процессора, кэш, количество ядер, энергопотребление и тепловыделение, интегрированная графика. Теперь разберем с пояснениями:

---

• Бренд – кто производит процессор: AMD, или Intel. От данного выбора зависит не только цена приобретения, и производительность, как можно было бы предположить из предыдущего раздела, но также и выбор остальных комплектующих ПК, в частности, материнской платы. Поскольку процессоры от АМД и Интел имеют различную конструкцию и архитектуру, то в сокет (гнездо для установки процессора на материнской плате) предназначенный под один тип процессора, нельзя будет установить второй;
• Серия – оба конкурента делят свою продукцию на множество видов и подвидов. (AMD — Ryzen, FX,. Intel- i5, i7);
• Архитектура процессора – фактически внутренние органы ЦП, каждый вид процессоров имеет индивидуальную архитектуру. В свою очередь один вид можно разделить на несколько подвидов;
• Поддержка определенного сокета — очень важная характеристика процессора, поскольку сам сокет является «гнездом» на материнской плате для подсоединения процессора, а каждый вид процессоров требует соответствующий ему разъем. Собственно об этом было сказано выше. Вам либо нужно точно знать какой сокет расположен на вашей материнской плате и под нее подбирать процессор, либо наоборот (что более правильно);
• Тактовая частота – один из значимых показателей производительности ЦП. Давайте ответим на вопрос что такое тактовая частота процессора. Ответ будет простым для этого грозного термина — объем операций выполняющихся в единицу времени, измеряющийся в мегагерцах (МГц);
• Кэш — установленная прямо в процессор память, её ещё называют буферной памятью, имеет два уровня — верхний и нижний. Первый получает активную информацию, второй – неиспользуемую на данный момент. Процесс получения информации идет с третьего уровня во второй, а потом в первый, ненужная информация проделывает обратный путь;
• Количество ядер — в ЦП их может быть от одного до нескольких. В зависимости от количества процессор будет называться двухъядерных, четырех ядерным и т.д. Соответственно от их числа будет зависеть мощность;
• Энергопотребление и тепловыделение. Тут все просто – чем выше процессор «съедает» энергии, тем больше тепла он выделит, обращайте внимание на этот пункт, чтобы выбрать соответствующий кулер охлаждения и блок питания.
• Интегрированная графика – у AMD первые такие разработки появились в 2006, у Intel с 2010. Первые показывают больший результат, чем конкуренты. Но все равно, до флагманских видеокарт пока ни один из них не смог дотянуть.

Оперативная память

---

Оперативная память или оперативное запоминающее устройство - ОЗУ – это один из главных элементов компьютера, который представляет собой его временную память. А она, в свою очередь, нужна для нормального функционирования всех процессов, программ и приложений. Своё название она получила благодаря быстрой работе и способности создавать условия для мгновенного считывания процессором информации.

От постоянной (к примеру, дисковой) оперативная память отличается тем, что доступ к ней осуществляется значительно быстрее, и разница может достигать сотни тысяч раз. Данные, которые в неё записаны, доступны только при включенном компьютере.

Когда же вы выключаете или перезагружаете свой компьютер, абсолютно все содержимое ОЗУ стирается (обнуляется). Поэтому перед выключением компьютера  или перезагрузки всю информацию, подвергнутую изменениям в процессе работы, нужно сохранить на жестком диске или на другом альтернативном запоминающем устройстве.

ОЗУ как и любой компонент с ростом технологий, совершенствуется и модернизируется уйдя от устаревших SDRAM мы перешли на более универсальные DDR- DDR2- DDR3 и далее.

Одним из главнейших показателем Оперативной памяти является её объем так как он напрямую влияет на количество единовременно запущенных программ, процессов и приложений и на их бесперебойную работу.

Скорость доступа к данным, находящимся в оперативной памяти, в несколько сотен раз больше скорости доступа к информации, которая находится на жестком диске. Это позволяет процессору использовать нужную информацию, получая к ней мгновенный доступ. Но после завершения каких-либо операций (закрытия программ, приложений) все связанные с ними данные удаляются из микросхемы. А при запуске новых задач в неё с жесткого диска загружаются данные, которые необходимы процессору в данный момент времени.

Таким образом мы приходим к выводу , ОЗУ необходима для временного хранения информация которая необходима в момент выполнения программы, а информация сохраненная на жестком диски для долгого хранения.

Жесткий диск, оптический привод и USB накопитель

Накопитель на жестких магнитных дисках или НЖМД (Hard (Magnetic) DiskDrive, HDD, HMDD, жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер», «винт», «хард», «харддиск») – устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

---