Файл: Устройство персонального компьютера.pdf

Данная тема вызвала у меня наибольший интерес в связи со своей актуальностью, в наше время трудно найти человека, не использовавшего или не пользующегося персональным компьютером. Но как же всё работает и что влияет на производительность компьютера? Немногие задаются этим вопросом и не подозревают что внутри системного блока или ноутбука расположен целый мир, в котором течёт своего рода жизнь. Цель этой работы узнать побольше информации и комплектующих, их характеристиках и как что выглядит.

1. Первый персональный компьютер, что это было и как это выглядело?

Вопрос этот до сих пор вызывает массу дебатов, однако чаще всего пальму первенства отдают микрокомпьютеру Altair-8800, выпущенному в 1975 году небольшой американской компании MITS из города Альбукерке, штат Нью-Мексико.

Что же представлял собой первый в мире микрокомпьютер? По сути, это был комплект типа "Сделай сам" - ящик для корпуса и набор деталей, включавших новейший по тем временам процессор 8080 фирмы Intel. Комплект распространялся по почте всего за 397 долларов. (Для сравнения: один только процессор Intel 8080 продавался за 360 долларов, правда, MITS покупала его у Intel по себестоимости - за 75 долларов.) Счастливым обладателям приходилось самостоятельно паять и тестировать собранные узлы, а если сборка завершалась успешно, то для работы с микрокомпьютером надо было еще освоить программирование - научиться писать программы на машинном языке, то есть с помощью нулей и единиц. К тому же Altair-8800 не предусматривал ни монитора, ни клавиатуры, ни дисководов или винчестеров. Все это стало непременной принадлежностью ПК гораздо позднее, а пока что для ввода программ в компьютер приходилось щелкать тумблерами на передней панели корпуса, а для считывания результатов следить за показаниями светодиодных индикаторов. Объем оперативной памяти составлял всего лишь 256 байт. Современным пользователям ПК, привыкшим кликать мышкой по красивым иконкам и панелям на экране, трудно представить себе радость обладания подобным устройством. Однако "Альтаир" был любим пользователями - ведь люди впервые получили действительно ПЕРСОНАЛЬНЫЙ компьютер!

Создатель Altair-8800 Эд Робертс надеялся продать 200 комплектов своего детища в течение одного года, однако уже к концу первого дня продаж число заявок превысило эту цифру. А через несколько месяцев фирма была буквально завалена заказами. Дела шли настолько хорошо, что Робертс не только быстро окупил первоначальную банковскую ссуду в 20 тысяч долларов, но и смог в 1977 году продать свою компанию за 6,5 миллиона долларов. "Альтаир" разошелся по всей Америке в десятках тысяч экземпляров.

Однако, как и в случае с любым другим серьезным изобретением, первенство "Альтаира" может быть оспорено. Ведь, например, далеко не все согласны с утверждениями, что автомобиль изобрел Карл Бенц, самолет - братья Райт, кинематограф - братья Люмьер, а радио - Александр Попов. То же самое и с персональным компьютером: здесь на звание первых претендуют еще, по крайней мере, две модели: Scelbi-8H и Mark 8, появившиеся в 1974 году. Оба эти компьютера строились на базе первого 8-разрядного микропроцессора Intel 8008 и, подобно "Альтаиру", представляли собой просто наборы деталей для самостоятельной сборки. Однако Scelbi-8H и Mark 8 так и остались во многом экспериментальными моделями, не нашедшими коммерческого применения. Настоящий коммерческий успех и широкое распространение получил именно Altair-8080 фирмы MITS - видимо, поэтому его и считают первым персональным компьютером

2 Материнская плата в ПК

Материнская плата - это основная системная плата компьютера, имеющая разъёмы для установки дополнительных плат расширения и служащая механической основой всей электронной схемы компьютера. Благодаря материнской плате обеспечивается полное взаимодействие компонентов компьютера. Пример материнской платы можно найти в приложении (рис.1)

Значение системной платы недооценить просто невозможно, ведь все компоненты взаимодействуют между собой благодаря именно материнской плате, вся информация хранимая на внутреннем носителе попадает на обработку в процессор после того как пройдет через материнскую плату и оперативную память, выводится информация на экран с помощью взаимодействия материнской платы и видеоадаптера. Самые обыкновенные устройства ввода информации, такие как мышь и клавиатура, также обмениваются информацией через разъёмы на материнской плате.

Хорошим примером будут уже устаревшие разъёмы IDE и SATA, ведь к ним подключается дисковод оптических дисков, жёсткий диск или твердотельный накопитель с помощью специальных шлейфов, а впоследствии они участвуют в информационном обмене с процессором, а потом уже и другими устройствами.

Может раньше общая производительность и имела зависимость именно от процессора, то сейчас вопрос производительность решается общей работой комплектующих персонального компьютера. Нужно ориентироваться на возможности системной платы, на пропускную способность её шины (шина - проводники, используемые для передачи данных между устройствами, расположенными на материнской плате), поддерживаемые объёмы и частоты оперативной памяти, возможность получения максимума производительности от современного разъёма PCI-Express x16 и видеокарты, и т.д.

2.1 Форм фактор материнской платы

Материнские платы имеют также разные размеры, и подразделяются по «Форм-фактору». Форм-фактор материнской платы, определяет её положение для последующего крепежа к компьютерному корпусу, расположение и тип разъёмов её питания, даже количество интерфейсов подключения устройств и их местоположение. Основные используемые формы – факторов системной платы:

Mini ITX - имеет наименьшие в среднем размеры 17 на 17 см., очень часто уже имеет интегрированный (встроенный) процессор, самое наименьшее число интерфейсов подключения, очень редко используется в самостоятельных сборках, чаще продаётся уже в составе готового системного блока.

mATX (Micro ATX) - полнофункциональная плата, имеющая средние размеры, является лучшей составляющей для бюджетного компьютера, хоть и даже при небольшом количестве интерфейсов, для домашнего или же офисного компьютера их зачастую достаточно.

ATX – также распространён, как и mATX, но имеет больший размер, такие платы могут иметь как полно функциональный чипсет, так и с небольшими ограничениями, обычно имеет наибольшее количество интерфейсов подключение, но это тоже не является обязательным, отличается более удобным монтажом и возможностями подключения.

Также материнские платы между собой имеют разный разъём (Socket), он служит для установки центрального процессора, то есть не каждый процессор подойдёт к установленной материнской плате. Разнообразие разъёмов довольно велико и для каждого процессора подойдёт свой, так, например, самые свежие процессорные линейки Intel используют маркировки сокета LGA 1151, LGA 1151v2 или LGA 2066 , а их конкуренты от AMD – AM4 и TR4

2.2 Чипсет материнской платы

Чипсет – это микропроцессорный комплект для взаимодействия центрального процессора с остальной электронной составляющей компьютера. Именно от чипсета зависят все возможности и дальнейшая работа материнской платы. Современные чипсеты состоят из двух микросхем, называющиеся южным мостом и северным, их без особого труда можно будет найти, это самые крупные после процессора микросхемы, обычно скрытые под радиаторами охлаждения. Сам чипсет должен быть согласован с процессором, а это может значить то, что не каждая материнская плата сможет использовать весь потенциал процессора и наоборот. Знание марки и модели чипсета во многом обуславливает будущую производительность компьютерной системы, поэтому при подборе материнской платы, нужно учитывать её возможности. Частоты, на которых будет работать система, тоже зависят от чипсета системной платы, а также объёмы памяти, возможность установки и количество дополнительных устройств.

2.3 Чипсеты Intel

К основным современным чипсетам Intel относятся следующие:

B250/H270 – для офисных, мультимедийных и игровых ПК
Q270 – для корпоративного сектора
Z270 – для мощных игровых и профессиональных ПК
X99/X299 – для очень мощных профессиональных ПК

Им на смену идут перспективные чипсеты с поддержкой процессоров 8-го поколения:

H310 – для офисных ПК
B360/H370 – для мультимедийных и игровых ПК
Q370 – для корпоративного сектора
Z370 – для мощных игровых и профессиональных ПК

Для большинства компьютеров подойдут материнки на чипсетах B250/H270 и B360/H370. В чипсетах H больше линий PCI-E, чем в чипсетах B, что важно только при установке более двух видеокарт или нескольких сверхбыстрых SSD PCI-E. Так что для обычного пользователя между ними нет никакой разницы. Чипсеты Q отличаются от B лишь поддержкой специальных функций безопасности и удаленного управления, что используется только в корпоративном секторе.

Чипсеты Z имеют еще больше линий PCI-E, чем чипсеты H, позволяют разгонять процессоры с индексом «K», поддерживают память с частотой выше 2400 МГц и объединение от 2 до 5 дисков в RAID массив, что недоступно на других чипсетах. Они больше подходят для мощных игровых и профессиональных ПК.

Материнские платы на чипсетах X99/X299 нужны только для сверхмощных и дорогих профессиональных или серверных ПК с процессорами на сокетах 2011-3/2066 соответственно

2.4. Чипсеты AMD

К основным современным чипсетам AMD относятся следующие.

A320 – для офисных и мультимедийных ПК
B350 – для игровых и профессиональных ПК
X370 – для энтузиастов
X399 – для очень мощных профессиональных ПК

Чипсет A320 не имеет возможности разгона процессора, в то время как у B350 такая функциональность есть. X370 в довесок оснащен большим количеством линий PCI-E для установки нескольких видеокарт. Ну а X399 предназначен для профессиональных процессоров на сокете TR4.

2.5 Шины материнской платы

Как же связывается процессор с другими устройствами компьютера? На самом деле, как и вся электроника по проводникам, на системной плате группа проводников называется шинами. Шины различаются по функциональности: шина команд, шина данных, адресная шина.

Для 32 разрядных процессоров - это 32 параллельных проводника, по которым программы посылают команды для обработки их процессором через ОЗУ. Именно адресную шину нужно считать управляющей остальными, ведь она служит для выбора как данных из оперативной памяти, так и команд.

Если не брать в расчёт внешние устройства, то можно сделать вывод, что процессор получает команды от оперативной памяти и обменивается с ней данными. Процессор кроме оперативной памяти считает внешними все остальные устройства, даже если они является частью системного блока. Все шины, связывающие процессор и оперативную память можно рассматривать как одну главную шину – FSB (Front Side Bus). Говоря о том, что материнская плата работает с частотой 2000 МГц, имеется ввиду именно частота главной шины, именно из неё получает свою частоту и процессор, умножая её на коэффициент внутреннего умножения.

2.5.1. Шина plug-and-play

Основным и в тоже время важным достоинством данной шины является её высокая производительность и простота установки оборудования, благодаря ей стало возможным создание самоуправляющихся устройств (plug-and-play).

Суть заключается в том, что после подключения к системной плате другой платы расширения – дочерней, происходит автоматическое определение самого устройства и выделение ему необходимых ресурсов, необходимых для его корректной работы.

2.5.2. Шины PCI и PCI Express

Благодаря PCI есть возможность расширить возможности своего компьютера, использование тв-тюнеров для просмотра аналогово телевидения, или аудио плату для увеличения звукозаписывающего функционала компьютера, а может и PCI-разветвитель увеличения количества разъёмов USB, ведь их так часто не хватает. Но компьютерная технология развивается незамедлительными темпами, и привычной шины PCI, а если быть точнее, то именно её пропускной способности стало недостаточно для высокопроизводительных компонентов. Видеокарта, наверное, будет самым ярким представителем устройств, для которого стало необходимым появление PCI Express 16x, хотя и другие устройства, такие как сетевая карта, нуждались в увеличение частоты шины.

Частоту шины PCI стало наращивать не выгодно, так как большому количеству параллельных проводников требовалась их высокая точность изготовления, что было дорогостоящим. В связи с этим 2004 год стал началом этапа внедрения PCI Express x16 и PCI Express x1. В результате производство системных плат стало проще, а на ряду с этим и дешевле, к тому же PCI Express x16 стала единственно шиной для подключения видеокарт, а PCI Express x1 альтернативой для PCI.