Файл: Устройство перснонального компьютера.pdf

После ЭЛТ-технологий появились LCD-мониторы (Liquid Сrystal Display) –жидкокристаллические дисплеи, в которых использовалась активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами.

Следующим этапом в развитии технологий мониторов было использование т.н. «плазменных» дисплеев. Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными пластинами, внутри которых расположены прозрачные электроды, образующие соответственно шины сканирования, подсветки и адресации. Разряд в газе протекал между разрядными электродами на лицевой стороне экрана и электродом адресации на задней стороне.

Современная LED-технология (Light Emitting Diode ) – это монитор с жидкокристаллическим экраном, подсветка которого осуществляется светодиодной матрицей (LED). С потребительской точки зрения ЖК- телевизоры со светодиодной подсветкой отличают четыре улучшения относительно остальных: улучшенная контрастность, улучшенная цветопередача (особенно с RGB-матрицей), пониженное энергопотребление и малая толщина (см. Приложение Б, рис. 1).

2.2 Системный блок

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.

Системные блоки массово изготавливают заводским способом из деталей на основе стали, алюминия и пластика. Для креативного творчества используются такие материалы, как древесина или органическое стекло (в качестве привлечения внимания к проблемам защиты окружающей среды, даже «выпущен» корпус из гофрокартона). Основными компонентами, который входят в системный блок, являются микропроцессор, материнская плата, оперативная память, жесткий диск, DVD-BlueRay-привод (отметим, что всё чаще от такового производители ноутбуков отказываются, поэтому в настоящей работе привод для лазерных дисков не будем рассматривать), видеокарта, блок питания (см. Приложение Б, рис. 2).

2.2.1 Микропроцессор

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 процессоров для ПК являются микропроцессоры Intel и AMD (см. Приложение Б, рис. 3), хотя на рынке мобильных устройств вперёд вырываются такие марки как ARM, Qualcomm, Samsung, Huawei, Apple.

Основные характеристики процессоров это количество вычислительных ядер, тип разъёма (гнездо, сокет), тактовая частота, технологический процесс (технология производства), энергопотребление и тепловыделение, архитектура процессора.

2.2.2 Материнская плата

Один из важнейших модулей компьютера входящих в состав системного блока – это материнская плата. Материнская плата – плата, на которой располагаются основные элементы компьютера.

Форм-фактор системной платы – стандарт, определяющий размеры материнской (реже используется слово системной) платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу (системному блоку). Основные характеристики материнской платы: название и расположение интерфейсов шин, наименование портов ввода/вывода, наименование разъёма центрального процессора, наименование слотов для оперативной памяти, а также наименование типа разъёма для подключения блока питания (см. Приложение Б, рис. 4).

Форм-фактор материнской платы носит скорее рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость системной платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Классификация системных плат:

– современные: АТХ, microATX, Flex АТХ, NLX, WTX, CEB;

– внедряемые: Mini-ITXи Nano-ITX, Pico-ITX, BTX, MicroBTX и PicoBTX. Существуют системные платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя системной платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд»).

2.2.3 Оперативная память

Оперативная память (реже используется наименование оперативное запоминающее устройство, чаще просто ОЗУ, RAM Random Access Memory, память с произвольным доступом) – 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. Рассмотрим наиболее распространённые типы оперативной памяти и их характеристики (см. Приложение Б, рис. 5).

SDRAM (PC-133) – сегодня является устаревшим видом, крайне редко встречается, но стоит довольно дорого. Компьютеры с этим типом оперативной памяти модернизировать уже не получится (на рисунке 5 отсутствует).

DDR SDRAM или DDR1 (с частотой 200-400 МГц) — также является устаревшим видом ОЗУ, который на сегодняшний момент крайне редко используется. Этот модуль представляет собой 184-контактную плату. Стандартным напряжением для него является напряжение в 2,5 В.

Далее следует DDR2 – более распространенный сегодня тип, но, тем не менее, уже не являющийся современным. DDR2 (с частотой 533-1200 МГц) делает выборку 4 бита данных за один такт работы процессора, в то время как DDR только 2 бита. Это означает способность передавать при каждом такте в два раза больше информации через ячейки микросхемы. Данный модуль имеет по 120 контактов с двух сторон, а стандартным напряжением для него есть 1,8 В.

Следующий вид оперативной памяти – DDR3 (частота 800-2400 МГц) – новый тип, который дает возможность делать выборку 8 бит данных за один такт работы процессора. Он также представляет собой 240- контактную плату, но имеет на 40% меньше энергопотребления, чем у DDR2, а рабочее напряжение всего 1,5 В. Такое сравнительно невысокое энергопотребление имеет большое значение для ноутбуков и мобильных устройств. Логично отметить, что чем выше показатели частоты, тем выше скорость работы оперативки.

DDR4 — самый новый тип, который является следующей ступенькой эволюционного развития. Как все предыдущие ступеньки, данный тип имеет еще большую частоту (от 2133 до 4266 МГц) и меньшее энергопотребление. Также значительно повысилась надежность работы благодаря механизму контроля чётности на шинах адреса и команд. Массовое производство началось лишь во втором квартале 2014 года. Массовое распространение получила в 2016 году после выхода нового поколения процессоров Intel Skylake (см. Приложение Б, рис. 6).

Далее остановимся подробнее на следующей важной характеристике оперативной памяти – её объёме. Вначале следует отметить, что он самым непосредственным образом влияет на количество единовременно запущенных программ, процессов и приложений и на их бесперебойную работу. На сегодняшний день наиболее популярными модулями являются планки с объёмом: 4 ГБ, 8 ГБ и 16 ГБ (речь идет про стандарты DDR3 и 4). Исходя из того, какая операционная система установлена, а также, для каких целей используется компьютер, следует правильно выбирать и подбирать объем ОЗУ. В большинстве своем, если компьютер используется для доступа к всемирной паутине и для работы с различными приложениями, при этом установлена ОС Windows, то 4 - 8 Гб вполне достаточно.

2.2.4 Жесткий диск

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

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация на жестком диске записывается на алюминиевые или стеклянные пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокисихрома. На жестких дисках используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создаётся на базе DRAM-памяти, снабжённой дополнительным источником питания – аккумулятором.

В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках), так и в стационарных компьютерах для повышения производительности. Наиболее производительными сейчас выступают SSD формата M.2, у них при подходящем подключении скорость записи/чтения данных может достигать 3800 мегабайт в секунду.

По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD) твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются беззвучными, а также многократно более устойчивы к повреждениям (например, к падению) и имеют гораздо бóльшую скорость записи. В то же время, они имеют в несколько раз бóльшую стоимость в расчете на гигабайт и меньшую износостойкость (ресурс записи).

Основные характеристики жестких дисков такие:

Интерфейс – совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Ёмкость – количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Средняя ёмкость современных жёстких дисков для рабочих станций достигает нескольких ТераБайт (для файловых серверов – несколько сотен терабайт). В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 Гб.

Не всегда целесообразно выбирать накопители максимального объема для сервера, чтобы получить определенную ёмкость. Жёсткий диск не должен быть установлен в сервере в единственном числе, а должен всегда быть объединен в группы из двух (как минимум), чтобы обеспечить надежную работу. Если, например, планируется оснастить сервер дисковым пространством общей сложности 2 ТБ, то намного лучше купить четыре диска объёмом 1 ТБ, а затем сконфигурировать их в RAID-массив. Так, чтобы любой сбой в одном из дисков не приводил к потере данных. Это одна из причин, почему ёмкость серверных жестких дисков, как правило, ниже, чем у их настольных собратьев.