Файл: Устройство персонального компьютера (Немного истории).pdf

1.Введение

Компьютер в жизни человека занимает далеко не последнее место. Нужно знать его, уметь им пользоваться. Не каждый человек, который работает на компьютере, представляет себе полностью точный состав компьютера . Исходя из перечисленных мною факторов в своей работе я хочу изучить особенности ПЭВМ. Изучить устройство персонального компьютера и его основных компонентов. К каждому компоненту подойти более подробно, изучив, все его особенности. Научиться правильно собирать и разбирать корпус, установить в него материнскую плату и все компоненты, которые находятся на материнской плате. Правильно подключить все периферийные устройства.

В данной курсовой работе описывается внутреннее и внешнее устройство персонального компьютера, начиная с первых IBM-совместимых ПК и заканчивая современными, приводится структурная схема, лежащая в основе всех устройств, претендующих на звание «Компьютер».

2.Немного истории

С момента появления компьютеров, особенно персональных (60-е годы прошлого века) прошло так много времени, что появилось столько разнообразных околокомпьютерных гаджетов, что задаешься вопросом, а что же такое вообще компьютер и можно ли, например, смартфон или планшет назвать тоже компьютером?

Сам термин компьютер переводится с английского языка как вычислитель. В историческом ракурсе прародителями компьютера считаются самые первые счетные устройства (например, абак). По определению из школьного курса информатики компьютер – это система взаимосвязанных устройств, предназначенных для хранения, обработки и передачи информации.

В 1822 году Чарльз Бэббидж, профессор математики Кембриджского Университета, разработал и сконструировал аналитическую машину, которая состояла из четырех компонентов:

• запоминающее устройство (память),

• вычислительное устройство,

• устройство ввода,

• устройство вывода.

Для реализации своих идей Бэббиджу нужны были тысячи шестеренок, сделанных с такой точностью, которая в XIX веке была недоступна. Идеи Бэббиджа опередили его эпоху, и даже сегодня большинство современных компьютеров по конструкции сходны с его аналитической машиной. Поэтому справедливо будет сказать, что Бэббидж является дедушкой современного цифрового компьютера.

Фон Нейман в свое время (в середине 20 века) осознал, что создание компьютеров с большим количеством переключателей и кабелей требует длительного времени и пришел к выводу, что программа должна 3 быть представлена в памяти компьютера в цифровой форме вместе с данными. Им также было отмечено, что десятичная арифметика, используемая в машине ENIAC, где каждый разряд представлялся десятью электронными лампами (1 включена, остальные выключены), должна быть заменена параллельной двоичной арифметикой.

Основной проект Фон Неймана был использован в EDSAC, первой машине с программой в памяти, и сейчас, более чем полвека спустя, является основой большинства современных цифровых компьютеров. Сам замысел и машина IAS (Immediate Address Storage – память с прямой адресацией) оказали очень большое влияние на дальнейшее развитие компьютерной техники.

Машина фон Неймана состояла из пяти основных частей:

• памяти,

• арифметико-логического устройства,

• устройства управления,

• устройства ввода,

• устройства вывода.

3. Компоненты компьютера

Компоненты компьютера можно разделить на устройства, которые выполняют

определенные функции(рис. 1).

Рис. 1 – Компоненты компьютера

Персональный компьютер с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, со-единенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы.

Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. В качестве такового служат разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, стандартный программный код. В компьютерной индустрии существует набор однотипных компонентов с разными функциональными возможностями, включаемых в систему по единому интерфейсу. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данных компьютер, называется конфигурацией ПК

3.1.Центральный процессор

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Можно сказать, что процессор – «мозг» каждого компьютера.

Физически процессор представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера (рис. 2).

Рис. 2 – Процессор

Во время работы из-за использования больших тактовых частот процессор сильно нагревается, поэтому необходимо его охлаждать. Для эффективного охлаждения процессора в комплекте с ним поставляются вентилятор и радиа- 74 тор. Радиатор представляет собой металлическую пластину (из меди или алюминия) с лопастями, благодаря которым повышается его площадь и соответственно теплоотдача. На радиатор крепится вентилятор, увеличивая охлаждение процессора.

На сегодняшний день самыми распространенными производителями процессоров являются фирмы Intel и AMD. Основные характеристики центрального процессора:

• количество ядер;

• тактовая частота;

• энергопотребление;

• разрядность обрабатываемых данных;

• объем кэш.

Остановимся на некоторых характеристиках центрального процессора. Количество ядер процессора. Эта характеристика появилась в 2005 году, когда фирмы Intel и AMD выпустили первые двухядерные процессоры архитектуры х86. Хотя нужно отметить, что первый процессор с двумя ядрами был выпущен фирмой IBM (Power4) в 2001 году, но он использовался для серверов. Увеличение количества ядер позволяет повысить производительность компьютера. Осуществляется это за счет того, что выполняемые задачи разбиваются на несколько потоков. Система отправляет каждый поток на отдельное ядро. Несколько потоков выполняются одновременно, т. е. реализован принцип многопоточности. Правда, есть одно «но». Программа может не поддерживать режим многоядерности.

Существуют различные технологии, которые позволяют на двухядерном процессоре, например, обрабатывать четыре потока одновременно (т. е. операционная система видит четыре логических ядра вместо двух физических). Поэтому при выборе процессора вместе с количеством ядер нужно обращать внимание на количество обрабатываемых потоков.

Тактовая частота процессора представляет собой количество вычислений, которые может совершать в секунду процессор. Она пропорциональна значению частоты шины и измеряется в Герцах (Гц).

Кэш память. Сверхбыстрая энергозависимая память. Позволяет процессору быстро получить доступ к данным, которые используются наиболее часто.

Различают до трех уровней кэш-памяти (рис. 3). Наиболее быстрый и наименьшего размера – это кэш первого уровня (L1). Она является буфером 75 между процессором и кэш-памятью второго уровня (L2). Измеряется десятками килобайт. У каждого ядра своя кэш-память первого и второго уровней.

Кэш-память третьего уровня (L3) самая медленная, но всё равно намного быстрее, чем оперативная память. В отличие от других уровней является общей для всего процессора. Объём кэш L3 может достигать десятков Мбайт.

Рис. 3 – Распределение кэш-памяти в процессоре Core i7-5960X

3.2 Материнская плата

Материнская плата является самой большой и главной деталью внутри системного блока. Её можно сравнить с нервной системой человека. Физически материнская плата представляет собой сложную печатную плату с множеством микросхем (рис. 4). Все остальные компоненты компьютера устанавливаются на неё или подключаются к её разъёмам. Материнская плата обеспечивает взаимодействие всех компонентов как единой системы, управляя их совместной работой.

Рис. 4 – Материнская плата

Появление новых устройств, новых технологий и интерфейсов обусловило появление нескольких разновидностей материнских плат. Между собой они отличаются по разным параметрам: форм-фактором, типом процессорного разъема, типом набора системной логики (типом чипсета), а также по некоторым другим характеристикам. Рассмотрим некоторые характеристики материнских плат.

Форм-фактор материнской платы – стандарт, определяющий размеры материнской платы для ПК, места ее крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, тип разъема для подключения блока питания, требования к системе охлаждения компьютера.

Вид процессорного разъёма. Каждая модель процессора ориентирована на конкретный вид разъема (сокета), разрабатываемый специально под конкретное семейство центральных процессоров. То есть тип материнской платы зависит от того, для какого чипа она создавалась. Соответственно, стандарт сокета задается тем же производителем, который изготавливает сам процессор.

Тип чипсета. Спецификации материнских плат сильно зависят от чипсета (набора системной логики), на базе которого построена материнская плата. Встроенный в материнскую плату чипсет состоит из набора контроллеров, взаимодействующих с рядом компонентов и интерфейсов системы (SATA, EIDE, PCIe, RAM). Обычно на материнских платах размещаются две микросхемы набора системной логики, которые называются северным и южным мостами.

3.3 Устройства памяти

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память. Различают два основных вида памяти – внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память компьютера является временным рабочим пространством. В отличие от неё внешняя память предназначена для долговременного хранения информации. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память, BIOS, видеопамять.

Внешняя память – это Flash-накопители (микро SD), жёсткие магнитные диски, стримеры, CD/DVDROM, SSD-диски и т. д. Внутренняя память. Внутренняя память компьютера – это место хранения информации, с которой он работает. Рассмотрим подробно виды внутренней памяти компьютера.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) – это оперативное запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, при выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти. От объема оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Устройства оперативной памяти иногда называют запоминающими устройствами с произвольным доступом. Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в ней.

Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем, число микросхем, паспортная частота, время доступа к данным и число контактов.

Кэш-память (от англ. cache). Обычно этот вид памяти ассоциируется с процессором (см. п. 3.4.1). Однако многие периферийные устройства хранения данных (жесткий диск, CD/DVD-привод, flash и т. д.) также имеют свой кэш. В этом случае кэш-память играет роль некоторого буфера для хранения промежуточных данных, которые считаны (например, с жесткого диска), но ещё не переданы для дальнейшей обработки. Ну и, конечно же, в этом буфере хранятся данные, к которым система обращается наиболее часто. Необходимость в таком виде памяти для внешних носителей в первую очередь обусловлена различной скоростью считывания данных и обращением процессора к оперативной памяти.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.