Файл: Изучение компонентов персонального компьютера и основ их взаимодействия, сборка компьютера под пользовательские задачи.pdf

Введение.

В современном мире компьютеры в жизни человека встречаются всё чаще. Персональными компьютерами пользуются люди самых разных профессий – военные, инженеры, врачи, бухгалтеры, программисты и так далее. Компьютеры управляют станками, производственные процессы во многих организациях организованы с применением вычислительной техники. Сейчас вы редко встретите человека, который бы не работал с компьютером для решения рабочих задач. Таким образом, актуальность данной работы обусловлена тем, что полученные в ходе написания курсовой знания помогут собрать компьютер, с помощью которого пользователь будет быстрее и эффективнее решать задачи.

Целью данной работы является изучение компонентов персонального компьютера и основ их взаимодействия, сборка компьютера под пользовательские задачи.

Задачи:

1. Изучение компонентов, подбор наиболее оптимальных конфигураций.
2. Исследование рынок, основных потребностей пользователя.
3. Применение полученных знаний.

Объектом здесь выступает персональный компьютер, а предметом являются основные принципы построения ПК.

Как максимально эффективно применить полученные знания при последующей сборке компьютера? Ответ на этот вопрос будет дан в рамках данной курсовой работы.

1.Теоретическая часть.

1.1 Устройство PC (Hardware).

Современный персональный компьютер (далее PC, от англ. Personal Computer) состоит из двух основных частей: аппаратной (Hardware) и программной (Software).

Рассмотрим аппаратную часть, изображенную на рисунке 1:

Рис.1 Составляющие современного PC.

Системный блок (3) включает в себя ряд компонентов:

Центральный процессор (англ. CPU, Central Processing Unit) – основной элемент любого современного PC. CPU является своего рода «мозгом», отвечающим за обработку входящей информации и различные вычисления.

Первый в мир CPU был создан фирмой Intel 15 ноября 1971 году. Intel 4004 был предназначен для использования в микрокалькуляторах. Позднее все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров, за исключением мелкосерийных, предназначенных для т.н. суперкомпьютеров и военных компьютеров. С этого момента прошло несколько десятилетий и в течение этого времени мощность микропроцессоров удваивалась каждый год, что повлекло за собой скачок в развитии электроники и вычислительной техники одновременно с уменьшением её размеров. Ученые назвали это явление «Законом Мура».

---

Материнская плата (англ. Motherboard) – один из основных элементов PC, объединяющий в себе множество систем и позволяющий путем шинно-модульной архитектуры объединить все компоненты системы. Так же материнская плата содержит ряд контроллеров, разъемов и слотов расширения, таких как PCI, PCI-e, M2 и т.д.

Кроме того, на материнской плате располагается т.н. чипсет (от англ. chipset) – набор микросхем, выполняющих функцию связующего моста, обеспечивающего взаимодействие всех компонентов.

Современные материнские платы представлены в нескольких форматах (на рисунке 2 изображены форм-факторы современных материнских плат):

• ATX - это наиболее популярный типоразмер, имеет средние габариты.
• E-ATX - расширенный функционал и дополнительные возможности, однако, зачастую имеют больший размер по сравнению с ATX.
• micro-ATX / mini-ATX - компактные материнские платы для небольших настольных PC.
• SSI CEB - построение высокопроизводительных станций и серверного оборудования.

Рис.2 Форм-факторы современных материнских плат.

Системная шина – это основной интерфейсный элемент PC, обеспечивающий связь всех компонентов между собой.

Оперативная память или ОЗУ (англ. RAM - Random Access Memory) – устройство, предназначенное для хранения данных, обрабатываемых процессором во время работы PC.

Изначально модули RAM имели объем от 1 до 512 Мб. Однако, со временем технологии развились и в настоящее время один модуль RAM может иметь 32 и более Гб, а количество таких модулей в отдельно взятом PC может достигать 8. На рисунке 3 изображена схема взаимодействия RAM и CPU.

Рис.3 Схема взаимодействия RAM и CPU.

Жесткий диск (англ. HDD – Hard Disk Drive, либо SSD – Solid State Drive) – устройство, предназначенное для постоянного хранения информации. Так же на жесткий диск устанавливается операционная система, программы и приложения. Основными характеристиками жестких дисков являются объем памяти (измеряется в гигабайтах (GB)) и скорость чтения\записи (измеряется в мегабайтах в секунду (Mb/s)). На рисунке 4 в виде схемы указаны разновидности жестких дисков – HDD и SSD и интерфейс подключения.

Рис.4 Разновидности жестких дисков

Видеоадаптер (англ. GPU - Graphics Processing Unit) – устройство, предназначенное для обработки изображения, трехмерной графики, сложных графических объектов и вывода информации на дисплей. Чаще всего представлен в виде отдельного модуля, но некоторые модели CPU могут иметь встроенные видеоадаптеры. Наиболее важными характеристиками являются объем памяти, тактовая частота и модель графического ядра (чем современнее, тем лучше).

---

Современные графические адаптеры в основном производятся компаниями NVidia и AMD и представлены на рынке в большом ассортименте, что позволяет выбрать наиболее подходящую модель.

Рис.5 Современный видеоадаптер.

На данной схеме пронумерованы следующие элементы:

1. Разъем питания.
2. Контроллер системы охлаждения GPU.
3. Чипы памяти GDDR5/GDDR6 (наиболее современные чипы на текущий момент).
4. Коннектор PCE – E для установки на материнскую плату.
5. Разъемы подключения дисплея (поддержка до 4х дисплеев одновременно).
6. Графический процессор.

Блок питания – устройство, предназначенное для снабжения всех компонентов системы необходимым количеством энергии. Основной характеристикой блоков питания является мощность, измеряемая в ваттах, а также устойчивость к скачкам напряжения, обеспечиваемая защитными механизмами.

Внутренний динамик (англ. PC Speaker) – устройство, предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Вначале загрузки компьютера происходит проверка оборудования, по результатам которого подается звуковой сигнал. Ниже приведена таблица звуковых сигналов.

Таблица 1. Значения сигналов динамика

Протяжённость и количество гудков	Значение сигналов
1 короткий	Все блоки функционируют нормально
2 коротких	Ошибка связана с монитором
Нет гудков	Неисправность источника питания или системной платы
Непрерывный гудок	Неисправность источника питания или системной платы
Повторяющиеся короткие гудки	Неисправность источника питания или системной платы
1 длинный и 1 короткий	Неисправность системной платы
1 длинный и 2 коротких	Неисправность видеокарты
1 длинный и 3 коротких	Неисправность видеокарты

1.2 Дополнительные компоненты и устройства периферии.

Кроме основных компонентов для PC также необходимы устройства ввода информации - мышь, клавиатура, а также устройства записи и воспроизведения звука и изображения (микрофон, аудиосистема).

Мышь и клавиатура - манипуляторы для ввода информации, необходимые для работы в графическом интерфейсе операционной системы и большинства современных программ.

---

Дисплей/монитор – устройство, необходимое для вывода графической информации. Основной характеристикой мониторов является частота обновления, которая в большинстве случаев не превышает 60 Hz. Так же важным параметром является диагональ экрана и поддерживаемое максимальное разрешение (чаще всего 1920 х 1080 точек на дюйм).

Сканер/принтер/МФУ – устройства, предназначенные для:

• Создания электронной копии документа/изображения (Сканер).
• Вывода информации из системы на бумагу (Принтер).
• Устройство, сочетающее в себе функции принтера, сканера (МФУ).

Модем – устройство, позволяющее PC подключаться к мировой сети Internet посредством проводного либо беспроводного подключения. Главной характеристикой данного устройства является пропускная способность, измеряемая в битах в секунду (bps). Сегодня широко распространены модемы и маршрутизаторы с пропускной способностью 100 Mb/s.

1.3 Программная часть (Software)

BIOS. Современные компьютерные системы имеют предустановленную программную оболочку, называемую BIOS (от англ. Base Input/Output System). Данный набор программ предназначен для аппаратной части и подключенных периферийных устройств.

BIOS позволяет произвести диагностику и различные настройки аппаратной части PC перед загрузкой операционной системы и выявить возможные неисправности.

В настоящее время данный набор программ имеет графическую оболочку EFI BIOS, что значительно упрощает первоначальную и последующую настройку PC до загрузки операционной системы.

Операционная система или ОС (англ. Operating System, OS) – комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами PC и организации взаимодействия с пользователем. В большинстве вычислительных систем ОС является основной частью программного обеспечения. С середины 90-х годов наиболее распространенной ОС является Microsoft Windows различных версий.

Благодаря технологическому прогрессу, современные персональные компьютеры в большинстве случаев обладают компактными размерами и высоким показателем. От правильного выбора компонентов и их настройки напрямую зависит быстродействие PC и его способность решать поставленные задачи.

2. Аналитическая часть.

2.1 Подробный разбор компонентов.

В данной главе мы более подробно рассмотрим актуальные на данный момент компоненты, их технические характеристики, принципы взаимодействия и способы построения высокопроизводительных систем для различных задач, как для офисных, так и мультимедийно-игровых.

---

2.1.1 Материнская плата.

Начнем с неё т.к. именно она является «базой», на которой собирается система и именно от характеристик материнской платы зависит выбор остальных комплектующих.

Материнская плата представляет собой печатную плату, на которой расположены контроллеры CPU, RAM, Chipset, а также контроллеры интерфейсов ввода – вывода. Кроме того, мат. плата содержит контроллеры для плат расширения PCI, PCI-e, а также USB порты для подключения внешних устройств расширения.

Основными компонентами, расположенными на мат. плате, являются:

• CPU, имеющий определённый формат посадочного места, называемый «сокетом».
• Chipset – набор микросхем, обеспечивающих работу CPU и RAM и контроллеров для различных периферийных устройств. Чипсет, в свою очередь строится на базе двух т.н. мостов: «северного» и «южного».

Северный мост (англ. Northbridge) – обеспечивает взаимодействие CPU и шин с высокой пропускной способностью для RAM и GPU устройств. Таким образом определяется максимально допустимый объем RAM, а также подключение графического контроллера посредством шины PCI-e.

Южный мост (англ. Southbridge) – включает контроллеры периферийных устройств – HDD/SSD, аудиоустройств и Ethernet-порта, а также контроллеры для подключения устройств, не нуждающихся в большой пропускной способности.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит набор программного обеспечения, используемого при включении и сразу после включения PC. Чаще всего в ПЗУ содержится BIOS либо его разновидность UEFI.

2.1.2 Блок питания (БП)

предназначен для снабжения всех компонентов PC электроэнергией, стабилизации напряжения, защиты от помех. Имеет на борту один или более вентилятор (кулер), необходимый для охлаждения самого блока питания. Основной характеристикой БП является его мощность - современные БП имеют от 350 до 2000 Вт.

Блоки питания имеют различные стандарты подключения: AT, BTX, ATXv1, ATX12v2.0. На сегодняшний день широко распространен стандарт ATX12v2.0 (24 контактный), в то время как остальные считаются устаревшими.

На рисунке 6 показан ATX12v2.0 стандарт разъема.

Рис.6 ATX12v2.0 стандарт разъема.

2.1.3 Центральный процессор (CPU).

Современные процессоры выпускаются в виде отдельных чипов – микросхем. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

---