Файл: Устройство персонального компьютера (Базовые характеристики).pdf

Накопитель на жестких магнитных дисках или НЖМД - устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Информация в НЖМД (рис. 4) записывается на жесткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферро-магнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких 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, 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 исключен их нештатный контакт с поверхностью дисков.^[9]

Рисунок 4. НЖМД

Оптический диск  - это собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведется с помощью оптического излучения. ^[10]

Существует несколько видов оптических дисков: CD, DVD, Blu-Ray и прочие, которые считываются при помощи дисковода  (рис. 6).^[11]

CD-ROM - разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения. В дальнейшем на базе CD-ROM были разработаны диски как с однократной, так и с многократной перезаписью (CD-R и CD-RW).

Рисунок 5. Дисковод для чтения оптических дисков

Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали диски DVD-ROM.

DVD (Digital Versatile Disc) - цифровой многоцелевой диск - носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объем информации за счет использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков.

Твердотельный накопитель (SSD) - энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Следует различать твердотельные накопители, основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.

Накопители RAM SSD, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость. Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели - системами резервного и/или оперативного копирования.

Накопители NAND SSD, построенные на использовании энергонезависимой памяти появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью начали уверенное завоевание рынка. Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители Flash со скоростью чтения и записи, сопоставимой с традиционными, и разработаны модели, существенно их превосходящие. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

Флэш-память (Flash-Memory) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально - около миллиона циклов). Распространена флэш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи - намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.^[12]

1.3. Видеоадаптер

Самыми высокопроизводительными видеоадаптерами являются дискретные, которые подключаются к шинам данных PCI Express и AGP и обладают собственной оперативной памятью.

Внешний видеоадаптер – это  печатная плата,   вставляемая в специальный разъем расширения (рис. 6).

Рисунок 6. Внешняя видеокарта

Интегрированные видеокарты встроены в материнскую плату, у них нет собственной оперативной памяти. Они используют оперативную память материнской карты, что существенно снижает производительность. Такой вид видеоадаптеров широко применяется в портативных устройствах, в основном из-за небольшого потребления электроэнергии. Тем не менее, их производительности достаточно для поддержания 3D-графики. ^[13]

Обычно у встроенного видеоадаптера видеопроцессор располагается на одном чипе с центральным процессором (рис. 7). У старых моделей видеоадаптеров видеопроцессор размещали в виде отдельного чипа на материнской плате.^[14]

Рисунок 7. Материнская плата с интегрированной видеокартой

В настоящее время существуют гибридные решения видеокарт, позволяющие получить достаточно высокую графическую производительность и эффективность потребления электроэнергии.

Стоит отметить, что ранее производители видеокарт к встроенной видеокарте в виде дополнения встраивали дискретную, что было не совсем удобно. Для переключения с одной видеокарты на другую требовалась перезагрузка операционной системы.

В настоящее время гибридные видеокарты производят вычисления за счет дискретных видеокарт, а выводят изображение за счет встроенных видеокарт. Такое переключение реализуется автоматически при помощи Optimus и DualGraphics-технологий.^[15]

Технология GPGPU использует видеопроцессор для параллельных вычислений, в том числе и общих, осуществляемых изначально центральным процессором. Современные видеокарты уже включают нескольких тысяч видеопроцессоров, поэтому обладают большим быстродействием и используются для общих вычислений.

Внешняя видеокарта располагается за пределами корпуса компьютера и особенно проявляет свою высокую производительность в работе с 3D-графикой. Такие видеокарты используют шину PCI Express и порты mPCIe, ExpressCard и Thunderbolt (рис. 8).

Рисунок 8. Внешняя видеокарта

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПК

2.1. Базовые характеристики

Современный персональный компьютер (ПК) состоит из следующих аппаратных средств: 

• системного блока;
• монитора;
• клавиатуры;
• манипуляторов.

Системный блок – самый главный блок компьютера. К нему подключаются все остальные блоки, называемые внешними или периферийными устройствами. В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера. ПК построен на основе СБИС (сверхбольших интегральных схем), и почти все они находятся внутри системного блока, на специальных платах.^[16]

Самой важной платой компьютера является системная плата. На ней находятся центральный процессор, сопроцессор, оперативное запоминающее устройство – ОЗУ и разъемы для подключения плат-контроллеров внешних устройств.^[17]

В системном блоке размещаются:

• 1. Блок питания (БП) - устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. БП содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока.^[18]

Основной характеристикой БП является мощность. Для большинства офисных компьютеров достаточно мощности 300 Вт, а для игровой станции мощность должна быть не менее 400 Вт, поскольку высокопроизводительные процессоры и быстрые видеокарты, а также необходимые им дополнительные системы охлаждения потребляют очень много энергии. Если компьютер содержит несколько видеокарт, то для его питания потребуются 500 и 650-ваттные БП.^[19]

• 1. Системная плата (материнская плата) с главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность одноплатным, в шинно-ориентированных компьютерах системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат путем присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS базовая система ввода-вывода), контролер клавиатуры, разъемы расширения.^[20]

Основными характеристиками системной платы являются:^[21]

• Поколение процессора, под который предназначена материнская плата. Нельзя устанавливать процессор одного поколения в материнскую плату другого поколения.
• Диапазон поддерживаемых процессором тактовых частот в рамках одного поколения (МГц, ГГц) (частота системной шины напрямую связана с частотой и скоростью работы процессора).
• Базовый набор микросхем. От модели чипсета зависят основные характеристики системной платы: поддерживаемые процессоры и ОЗУ, тип системной шины, порты внешних и внутренних устройств.
• Способ расположения основных микросхем и слотов.
  1. Магистраль (системная шина). Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль).

Шина – это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передается обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства).^[22]

Характеристиками системной шины являются: ^[23]

• количество обслуживаемых ею устройств;
• пропускная способность (максимально возможная скорость передачи информации).

Пропускная способность шины зависит от:^[24]

• ее разрядности – количества бит, которое может быть передано по шине одновременно (8,16,32, и 64-рязрядные шины);
• от ее тактовой частоты (с которой передаются биты информации).
  1. Процессор –  интегральная схема, исполняющая машинные инструкции (код программ).

Основными характеристиками процессоров являются:^[25]

• фирма производитель (Intel, AMD и прочие);
• серия (Pentium (Dual-Core), Celeron (Dual-Core), Core i3, Core i5и Core i7 и прочие);
• количество вычислительных ядер (2, 3, 4, 6, 8 и более);
• тип  установочного разъема (сокет) (LGA 1155, LGA 2011, LGA 775, LGA 1156, Socket AM3, Socket AM3+, Socket FM и прочие);
• тактовая частота (1,86-3,7 ГГц и выше).
  1. Оперативная память (ОЗУ).

На текущий момент наибольшее распространение имеют два вида ОЗУ: SRAM (Static RAM) и DRAM (Dynamic RAM).

Характеристики ОЗУ:^[26]

• тип ОЗУ;
• объем ОЗУ;
• частота ОЗУ – это временные задержки между выполнением команд планкой оперативной памяти, которые выражаются в пропущенных тактах шины памяти (CAS Latency, RAS to CAS Delay, RAS Precharge Time и DRAM Cycle Time);
• производитель ОЗУ (Hynix, Samsung, Corsair, Kingmax, Transcend, Kingston, OCZ);
• напряжение.

2.2. Дополнительные характеристики

1. Звуковая карта – дополнительное оборудование ПК, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать).

Звуковая карта имеет ряд основных характеристик:^[27]

• тип размещения (внутреннее и внешнее);
• интерфейс подключения (PCI, PCI-E, USB, FireWire, PCMCIA, ExpressCard);
• перечень параметров цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей (ЦАП, АЦП) (разрядность, динамический диапазон, отношение сигнал/шум, максимальная частота, коэффициент гармонических искажений);
• количество поддерживаемых стандартов обработки звука (ADAT, AES/EBU, ASIO, OpenAL, внешняя синхронизация);
• специальные входы/выходы – количество и типы аналоговых (RCA, TRC), цифровых (MIDI), оптических (S/PDIF) входов и выходов.

1. Видеокарта (графическая карта) - довольно сложное устройство, предназначенное для преобразования изображения в памяти компьютера в видеосигнал для монитора, это устройство с графическим процессором  - ускорителем, формирующим изображение. Современная видеокарта - специализированный компьютер, который содержит процессор, оперативную память, BIOS и другие компоненты, предназначенные для обработки и формирования графических данных и их вывода на монитор. 

Очевидно, что стоимость видеокарты напрямую зависит от ее производительности. При выборе видеокарты учитываются все ее характеристики, влияющие в конечном итоге на производительность:^[28]