Файл: Устройство персонального компьютера (Основные принципы работы персональных компьютеров).pdf

Введение

Выпуск компьютеров IBM PC был начат в 1981 году, и они быстро завоевали огромную популярность у пользователей. IBM PC и совместимые с ними компьютеры составляют теперь большую часть парка профессиональных ПЭВМ в мире. В настоящее время программное обеспечение, разработанное для IBM PC, охватывает практически все сферы человеческой деятельности. Персональный компьютер включает в себя следующие устройства: процессор, выполняющий управление компьютером, вычисления и т.д.; клавиатуру, позволяющую вводить символьную информацию в компьютер; монитор (или дисплей) для изображения текстовой и графической информации; накопители для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи информации на гибкие магнитные диски; накопитель на жестком магнитном диске, предназначенном для чтения и записи информации на несъемный жесткий магнитный диск. Кроме того к компьютеру могут подключаться принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации; мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер, и другие манипулирующие устройства.

Цель данной работы - рассмотреть устройство и основные принципы работы компьютера.

Объект исследования - персональный компьютер.

Предмет исследования - устройство персонального компьютера.

Для реализации цели работы необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть строение компьютера;

- определить особенности работы компьютера;

- выявить проблемы в устройстве компьютера.

Методы исследования: анализ литературных и интернет источников по теме исследования.

1. Устройство компьютера

Компьютер, в обыденном понимании, состоит из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, мышки, аудиоколонок и другого оборудования. О функциях монитора, клавиатуры, мышки и др., думаю, говорить не стоит - все очевидно.

Самой главной, сложной и дорогостоящей частью компьютера является системный блок. Собственно, системный блок (в классическом понимании) и является компьютером. Остальное оборудование предназначено лишь для ввода и вывода информации в различной форме и обеспечения управления системой. Т.е., если к системному блоку присоединить более современный монитор, клавиатуру или мышь, станет просто удобней смотреть фильмы, работать с текстом или играть, но возможности компьютера от этого не улучшатся. Все процессы, отображаемые на мониторе, происходят внутри системного блока и именно устройствами, находящимися в нем, определяется производительность (мощность) компьютерной системы.

---

Устройство компьютера (системного блока): материнская плата, процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство, видеокарта.

Основой любого современного компьютера (системного блока) является материнская плата (главная плата, англ. motherboard, MB, mainboard, разг. – мамка, материнка, мать и др.) - плата, к которой подсоединяются основные компоненты компьютера: центральный процессор, оперативная память, видеокарта, жесткий диск, оптический привод и др. На ней же размещены USB и другие разъемы для подключения оборудования (см. рис.). Главная задача материнской платы – соединить все эти компоненты и заставить их работать как единое целое – компьютер. Материнскую плату невозможно не заметить, если открыть крышку системного блока.

Процессор (центральный процессор, CPU) – сердце компьютера (см. рис.). Он исполняет все команды пользователя и «руководит» остальным «железом». От его мощности зависит быстродействие компьютера и его возможности. На материнской плате процессор крепится в специальном разъёме, называемом разъёмом центрального процессора или сокетом (socket). Есть несколько видов сокетов, в каждый из которых можно установить только процессоры определенного типа (с таким-же разъёмом). Т.е., на материнскую плату с Socket 775 можно установить только процессоры Intel Pentium, Celeron, Core 2 Duo, Core 2 Quadro и др. с разъёмом 775. Для процессоров AMD (Athlon, Phenom и др.) понадобится материнская плата с сокетом AM3, и т.д.

Сверху установленного на материнской плате процессора крепится охлаждение. Чаще всего, оно являет собой небольшой радиатор с вентилятором (куллером) для рассеивания тепла (см.рис.). Без охлаждения процессор будет быстро перегреваться. При достижении им критической температуры компьютер выключается. Пока процессор не остынет, включить его снова не получится. Перегрев процессора возможен также при засорении радиатора охлаждения пылью. Для устранения проблемы обычно достаточно очистить его при помощи бытового пылесоса или другим способом. Для профилактики, «уборку» системного блока от пыли полезно производить периодически (раз в несколько месяцев).

Рисунок 1 - Устройство процессора

В устройство компьютера обязательно входят модули ОЗУ (оперативного запоминающего устройства, см.рис.1). Это составная часть компьютера, в которой временно хранятся данные, необходимые процессору для выполнения им операций. После завершения таких операций (например, закрытия программы) связанные с ними данные из оперативной памяти удаляются. При запуске новых задач (программ) в ОЗУ с жесткого диска подгружаются данные, необходимые процессору в этот момент. Скорость доступа к информации, находящейся в оперативной памяти, в сотни раз выше скорости доступа к жесткому диску. Это позволяет процессору оперировать нужной информацией, получая к ней практически мгновенный доступ.

---

Оперативная память бывает нескольких видов. На момент написания этой статьи, самым современным и быстрым ОЗУ был DDR III, хотя чуть более медленный DDR II по-прежнему не сдает свои позиции и уже несколько лет является достаточно распространенным.

На производительность компьютера влияет не только скорость (тип) ОЗУ, но и его объём. Если для выполнения определенных задач процессору будет недостаточно объёма оперативной памяти, для ее расширения он использует часть жесткого диска (так называемый файл подкачки, или своп-файл (swap). Учитывая, что скорость доступа к жесткому диску значительно ниже скорости доступа к ОЗУ, компьютер будет страшно «тормозить».

Каждый тип модулей ОЗУ имеет свой разъем. Поэтому на материнскую плату, рассчитанную на поддержку ОЗУ DDR II, модуль DDR III поставить нельзя никак (даже физически в слот он не войдет).

Устройство компьютера предусматривает также наличие жесткого диска (винчестера, см. рис.1) – запоминающего устройство, на котором хранится вся информация, имеющаяся в компьютере. Чем больше объем винчестера, тем больше на нем можно хранить разного рода файлов. Современные жесткие диски присоединяются к материнской плате через интерфейс SATA (см.рис.1). Винчестеры больших объемов могут перегреваться и нуждаются в охлаждении (как правило, небольшого куллера достаточно).

Вместо жестких дисков или вместе с ними на компьютерах все чаще используються SSD - быстрые запоминающие устройства на основе микросхем памяти.

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графический процессор, GPU) – часть компьютера, отвечающая за скорость обработки видеоинформации (см. рис.). Современные видеокарты подсоединяются к разъему PCI-Express материнской платы. Некоторые материнские платы имеют несколько разъёмов PCI-Express. Это позволяет одновременно использовать несколько видеокарт, что делает графическую подсистему компьютера более мощной.

В некоторых случаях материнские платы имеют интегрированный (встроенный) графический адаптер. Его возможностей вполне достаточно для офисной работы, т.е. обработки текста, просмотра страниц Интернета, видео, фотографий и даже игры в несложные игры (типа пасьянс «Косынка» или «Солитер»). Более мощная видеоподсистема нужна либо профессионалам, работающим с графикой, либо любителям поиграть в игрушки покруче.

Видеоадаптер может быть интегрирован и в центральный процессор. Без отдельной видеокарты в таком случае также можно обойтись.

Отдельная мощная видеокарта в компьютере любителя поиграть гораздо предпочтительней производительного центрального процессора. Процессор среднего уровня и хорошая видеокарта в играх оставят далеко позади самый современный процессор с интегрированным видеоадаптером. В то же время, для выполнения других задач (архивирование файлов, перекодирование видео, аудио, работа в Фотошопе и др.) мощный процессор нужней. Необходимо также учитывать, что слишком слабый процессор не даст возможности видеокарте раскрыть весь свой потенциал. Здесь важен баланс.

---

В устройство компьютера, как правило, входят также сетевая и звуковая карты, разъемы для подсоединения оптического (для записи/чтения CD и DVD) и других приводов, размещенные на материнской плате. Для расширения возможностей компьютера в разъёмы РCI (см. рис.1) можно поставить несколько типов устройств (модемы, ТВ-тюнеры, Wi-Fi-адаптеры, звуковые карты, сетевые карты и др.).

Само собой, для работы всего вышеупомянутого «железа» нужен блок питания. Его мощность должна удовлетворять аппетиты процессора, видеокарты и других «потребителей электричества».

2. Основные принципы работы персональных компьютеров

Персональный компьютер (ПК) - это электронное устройство, предназначенное для обработки информации. Компьютеры отличаются от других устройств по обработке информации тем, что они выполняют все свои действия под управлением программ.

Программа - это подробное задание компьютеру.

Существует единица измерения информации, обрабатываемой ПК – это байт. Под байтом понимается один символ (буква, цифра, знак препинания и т.д.:). Каждый байт состоит из 8 битов. Комбинация битов и дает разнообразные символы. На основе байта различают следующие единицы измерения информации:

1 КБ (килобайт) = 1024 байта;

1 МБ (мегабайт) = 1024 КБ;

1 ГБ (гигабайт) = 1024 МБ

1 ТБ (терабайт) = 1024 ГБ

Одна страница печатного текста равна приблизительно 2,5 КБ. Современный персональный компьютер состоит, в основном, из процессора, дисплея и клавиатуры. Можно дополнительно присоединять принтер, манипуляторы (мышь и джойстик), сетевые и звуковые платы, модемы, сканеры и т. д. В конечном счете, собственно компьютер как вычислительный операционный агрегат со своими хранилищами информации сосредоточен в процессоре. Клавиатура нужна для получения указаний пользователя. Ответы на указания выводятся на дисплей или экран.

Комплектация ПК из различных устройств создает разнообразную конфигурацию компьютеров.

Рассмотрим назначение и функции различных устройств, входящих в компьютер или подключаемых к нему.

Процессор персонального компьютера - самый главный элемент компьютера. Процессор читает команды, записанные в памяти компьютера и выполняет их.

Процессор содержит:

Основной микропроцессор, который выполняет вычисления и управляет работой всех устройств ПК.

---

Основной микропроцессор определяет быстродействие (тактовую частоту) или производительность персонального компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Количество мегагерц процессора примерно соответствует количеству элементарных операций, выполняемых процессором за одну секунду. Сегодня распространены следующие виды микропроцессоров:

INTEL 80486 (с тактовой частотой от 33 до 80 МГц)

INTEL 80586 Pentium (с тактовой частотой от 66 до 220 МГц)

INTEL Pentium II (с тактовой частотой от 300 до 600 МГц)

INTEL Pentium III (с тактовой частотой от 600 до 900 МГц)

INTEL Pentium IV (с тактовой частотой от 1000 до 2200 МГц)

AMD (с тактовой частотой от 800 до 2400 МГц)

CYRIX (с тактовой частотой от 700 до 1800 МГц)

Среди вышеперечисленных процессоров, Pentium IV считается наиболее надежным и быстродействующим процессором за счет применения ряда современных и уникальных технологических достижений. Но в тоже время эта марка процессора, выпускаемая фирмой INTEL является наиболее дорогостоящей.

На корпусах старых компьютеров с процессорами от 80286 до 80586 была установлена кнопка с надписью Turbo. При наличии таких компьютеров у Вас в эксплуатации необходимо помнить, что эта кнопка должна всегда быть в активном состоянии (горящая лампочка) - что обеспечивает наибольшую тактовую частоту (скорость работы) процессора.

Значение тактовой частоты на старых компьютерах высвечивается на цифровой индикаторной панели. Иногда высвечиваются латинские буквы HI (режим Turbo активен) или LO (режим Тurbo отключен).

По умолчанию, режим ТиrЬо включен. Термин по умолчанию используется для обозначения состояния первоначальной настройки компьютера или программы.

Основной микропроцессор может выполнять любые вычисления. Но при выполнении вычислений с большой точностью, т.е. с плавающей точкой, происходит некоторое замедление скорости выполнения расчетов. Наличие математического сопроцессора увеличивает скорость выполнения таких расчетов от 5 до 15 раз.

На новых компьютерах с процессорами Pentium II, III и IV математические сопроцессоры встроены в основные процессоры. На старых же компьютерах математические сопроцессоры были установлены в виде отдельной микросхемы. Эти сопроцессоры выполняют специальные команды обработки чисел с плавающей точкой.

В оперативной памяти или в оперативном запоминающим устройстве (ОЗУ) компьютера располагаются наборы команд для процессора, называемые программами, а также обрабатываемые компьютером данные.

Память компьютера – это структура, созданная на кремниевой плате. Она состоит из набора ячеек, каждая из которых хранит минимум данных.

---