Файл: Устройство персонального компьютера ( Общая структура персонального компьютера ).pdf

- 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.

Рисунок 5 – Материнская плата

Процессор (CPU, Central Processing Unit — 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 [5, с. 121].

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. Иногда интегральную микросхему называют на английский манер чипом (chip). Конструктивно процессор состоит из ячеек, или регистров (в них данные могут не только храниться, но и изменяться), и части, проводящей вычисления, — главная конструктивная составляющая, или ядро.

Рисунок 6 - Процессор

Изменение ядра кристалла микросхемы обуславливает качественный скачок быстродействия и более широкие возможности процессора. Но сначала происходит отладка, поэтому перед возникновением новой модели новое ядро сначала появляется на уже отработанной модели, повышая её производительность, потенциальные возможности и тем самым — цену.

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.

Адресная шина у наиболее распространённых процессоров 32-разрядная — состоит из 32 параллельных линий. Напряжение на линии соответствует наличию сигнала — 1, отсутствие напряжения соответствует — 0. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на конкретную ячейку оперативной памяти. К ней подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров [5, с. 123].

По шине данных данные из оперативной памяти передаются в регистры процессора и обратно. Шина данных 64-разрядная — состоит из 64 линий, по которым за один раз передаётся 64 бита, т. е. 8 байтов данных.

Команды, предписывающие процессору операции над байтами, хранящимися в регистрах процессора, передаются из оперативной памяти по шине команд. Команды тоже представлены в виде байтов. В большинстве процессоров шина команд 32-разрядная, хотя бывают 64- и даже 128-разрядные шины.

Разрядностью шины команд определяется разрядность процессора.

Скорость работы процессора во многом определяет быстродействие компьютера. Специалисты различают несколько скоростей работы процессора, измеряемых в миллионах операций в секунду (скорость работы в офисных программах, скорость работы с трёхмерной графикой и др.).

Рядовой пользователь для характеристики быстродействия процессора использует главным образом две основные характеристики процессора: тип (модель) и тактовая частота, хотя главными параметрами, характеризующими производительность процессора, являются его ядро, тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения частоты и размер кэш-памяти. Ядро определяет тип и модель процессора. Основными производителями процессоров являются компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices) [5, с. 125].

2.2. Оперативная память

Оперативная память (ОЗУ, Random Access Memory – RAM, память с произвольным доступом) – запоминающее устройство сравнительно небольшого объёма, которое непосредственно связано с ЦП и предназначено для записи, чтения и хранения данных о выполняемых программах и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, т.к. при выключении ПК информация, которая находилась в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой, т.е. каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Оперативная память используется для хранения и передачи информации ЦП, на жесткий диск, на другие внешние устройства, которая располагается в специальных разъемах на материнской плате. ОЗУ представляет собой схему из огромного числа мельчайших конденсаторов и транзисторов (одна пара позволяет хранить 1 бит). При выключении ПК введенная информация исчезает, т.к. данные не были записаны на жесткий диск, где могут долго сохраняться, а находились в ОЗУ. Но в случае отсутствия оперативной памяти, данные должны были бы располагаться на жестком диске, и тогда время обращения к ним резко бы увеличилось, что привело бы к резкому снижению общей производительности ПК [12, с. 119].

Итак, ОЗУ используется для:

- хранения данных и команд для дальнейшей их передачи ЦП для обработки;

- хранение результатов вычислений, которые были произведены ЦП.

- считывание (или запись) содержимого ячеек.

Оперативная память изготовлена в виде микросхем, которые крепятся на специальных пластинах и устанавливаются на системной плате в соответствующие разъемы.

Рисунок 7 - Модуль оперативной памяти, вставленный в системную плату

При включении ПК в ОЗУ загружается операционная система, затем программное обеспечение и документы. ЦП управляет загрузкой программ и данных в ОЗУ, далее данные в ОЗУ обрабатываются. Таки образом, ЦП работает с инструкциями и данными, которые находятся в ОЗУ, а другие устройства (диски, магнитная лента, модем и т.д.) действуют через нее. Поэтому оперативная память имеет огромное влияние на работу компьютера. Т.к. ОЗУ предназначена для хранения данных и программ только во время работы ПК, то после выключения электропитания все данные в ОЗУ теряются. Во избежание потери данных или внесенных в документы изменений перед выключением ПК необходимо сохранить данные на жесткий диск и только потом выйти из приложения [12, с. 121].

2.3. Видеокарта и звуковая карта

Видеокарта — это часть внутреннего содержимого системного блока, изначально называлась «видеоадаптер». Предназначение с тех времён не поменялось и заключается в выводе изображения создаваемого в компьютере на экран монитора.

По устройству и архитектуре исполнения видеокарты делят на встроенные (интегрированные) в материнскую плату компьютера и дискретные (выполненные в виде отдельного модуля, на отдельной плате).

Встроенные видеокарты обычно не имеют своей памяти (используют часть оперативной памяти компьютера) и низко производительны, их основная цель поддержка вывода информации на экраны мониторов от современных операционных систем (которые давно уже построены на принципах графического отображения информации).

Дискретные видеокарты же, на оборот сделаны на отдельной плате, имеют свою видеопамять сильно отличающуюся по структуре и принципам работы от компьютерной «оперативки» и обеспечиваются системами охлаждения, как вентиляторного типа, так и с жидкостным охлаждением.

Некоторые «специалисты» выделяют ещё один вид видеокарт — гибридные, то есть использующие и свою специализированную видеопамять и оперативную память компьютера. Такой подход считаю в корне не правильным, так как придуманная для этих целей шина PCI Express позволяет подключать к любой дискретной карте оперативную память компьютера. Используется в основном в ноутбуках и реальной производительности по мнению автор этих строк особо не прибавляет. В современных персональных компьютерах от таких решений уже отказались.

Рисунок 8 - Видеокарта

Звуковая карта (Sound Blaster) 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. 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 [14, с. 219].

На некоторых материнских платах устанавливают отдельные микросхемы (чипы), отвечающие за обработку звука. Большинство встроенных (интегрированных) чипов сегодня поддерживают подключение от одной до двух пар колонок.

Звуковые карты, выполненные на отдельной плате, практически все поддерживают вывод звука на 6 каналов (5 колонок плюс усилитель низких частот — сабвуфер).

Поскольку на каждом канале звук разный, то при использовании таких звуковых карт и многокомпонентной акустической системы создаётся объёмное пространственное звучание. Однако полное отсутствие искажений, помех и реальную объёмность 6-канального звука можно почувствовать только при воспроизведении DVD-дисков, звуковая дорожка которых изначально разделена на нужное количество сигналов по стандарту Dolby Digital.

Звуковые карты, выполненные на отдельной плате, устанавливаются в специальный слот стандарта PCI на материнской плате [14, с. 221].

2.4. Жесткий диск

Так как при выключении компьютера вся информация из оперативной памяти исчезает, то нам необходимо устройство, которое могло бы хранить все наши программы и личную информацию вне зависимости от того включен компьютер или нет.

Таким устройством является жесткий диск (англ. HDD, Hard Drive Disk). Жесткий диск, так же как и все другие устройства, располагается внутри системного блока в специальном отделении, куда он крепится винтами. Жесткий диск соединяется с материнской платой специальным кабелем, который называют шлейфом. Существует два основных разъема на материнской плате для подключения жестких дисков. Точнее их три, но один редко используется в домашних компьютерах.

Рисунок 9 - Жесткий диск

На современных материнских платах уже не устанавливаются устаревшие разъемы IDE (Integrated Drive Electronics).

В настоящее время широко используется разъем SATA (Serial Advanced Technology Attachment.

Объем жестких дисков, как и оперативной памяти, измеряют в байтах, точнее в мегабайтах и терабайтах. На жестком диске хранится вся информация. Это фотографии, фильмы, музыка и текстовые документы. Программы и операционная система Windows также хранятся в виде файлов и папок на жестком диске [12, с. 125].

3. Периферийные устройства персонального компьютера

3.1. Устройства ввода данных

С помощью клавиатуры производится ввод данных или осуществляются различные операции по управлению компьютером.

Обычную клавиатуру можно условно разделить на несколько областей.

Рисунок 10 - Клавиатура

На современные клавиатуры часто устанавливают еще дополнительные клавиши, которые позволяют, например, выключать компьютер, изменять уровень громкости, запускать некоторые стандартные программы и т.д. Эти дополнительные возможности определяются производителем клавиатуры. О них можно узнать в описании клавиатуры [1, с. 327].

Мышь - это манипулятор, позволяющий нам производить массу действий на компьютере простым передвижением руки и нажатием кнопки. Без мыши уже невозможно представить нормальную работу на компьютере.

Рисунок 11 - Мышь

Принцип работы мыши заключается в следующем - пользователь перемещает мышь рукой по столу, а специальное устройство, расположенное внутри нее, отслеживает эти перемещения и передает данные в компьютер. Далее специальная программа-драйвер передает операционной системе информацию о том, в какой области экрана должен находиться указатель мыши, и он туда помещается.

В настоящее время широко используются так называемые оптические мыши. Они имеют специальные оптические датчики, отслеживающие перемещение мыши по поверхности стола.

Самая простая современная мышь имеет две кнопки (правую и левую) и колесико, которое имеет возможность нажиматься и в некоторых программах выступает в роли третей кнопки [1, с. 329].