Файл: Устройство персонального компьютера (основные компоненты).pdf

Введение

С давних времен люди пытались автоматизировать вычисления, что привило к появлению разных арифметических аппаратов, одним из которых стал прародитель компьютеров. Первый компьютер был разработан в 1943 году фирмой IBM. Он мог автоматически выполнять несколько математических операций и обладал наличием программирования. Его размеры составляли с десяток квадратных метров. Так же и его устройство, которое состояло из множества механизмов и проводов.

После его появления, люди начали придумывать, как увеличить его потенциал и уменьшить его габариты. Начались разработки в сфере компьютерных технологий, которые не останавливаются и по сей день. С тех времен компьютеры прошли долгий путь совершенствования, как своих функций, так и своего устройства. Если первые ЭВМ создавались только для автоматизации арифметических действий, то сейчас компьютеры используют абсолютно везде и во всех сферах деятельности человека.

Устройство компьютера с тех пор кардинально изменилось. Они превратились из огромных устройств занимающих целые комнаты, в маленькие и компактны устройства, помещающиеся в карман.

С каждым годом развития компьютеров, появлялись все новые возможности, которые облегчали жизнь людям, менялось устройство компьютеров, они становились все более доступными каждому.

Появлялись различные периферийные устройства, которые облегчали работу с ПК. Эти устройства тоже получали свои улучшения и модернизации.

На сегодняшний день устройство ПК имеет очень важное значение, позволяющее и дальше развивать и совершенствовать функции и возможности современных компьютеров.

Глава 1. Основные компоненты ПК

Тема 1. Корпус ПК

Корпус – это чаще всего металлическая оболочка системного блока, в которую монтируются все основные компоненты необходимые компьютеру для работы. Корпус должен обеспечивать удобное размещение компонентов ПК, и обеспечивать управление воздухом. В соответствии с этими требованиями, характеризуется по форм-фактору и возможностям кондиционирования.

Корпуса бывают горизонтальные (Desctop), где плата размещается горизонтально и вертикальные (Tower), в которых материнская плата размещается вертикально. Различаются по габаритным размерам в миллиметрах ШхГхВ и бывают нескольких стандартов.^[1]

---

Горизонтальные:

Desktop 533x419x152 мм

FootPrint 406x406x152 мм

SlimeLine 406x406x101 мм

UltraSlimLine 381x352x75 мм

Вертикальные:

MiniTower 178x432x432 мм

MidiTower 183x432x490 мм

BigTower 190x482x820 мм

Естественно, что этим набором стандартов в нашем обществе не обходятся, поэтому придумывают корпуса разных размеров, форм и материала, но форм фактор всех корпусов определен форм-факторами материнских плат.

Так же на лицевой стороне корпусе располагаются минимум две кнопки: включения и перезапуска, могут располагаться несколько разъемов USB и разъемы для наушников и микрофона, разные световые индикаторы. Некоторые производители чтобы сделать корпус более индивидуальным наносят на него различные изображения и оснащают его разноцветными светодиодами.^[2]

Тема 2. Блок питания

Блок питания — источник электрической энергией постоянного тока для узлов компьютера. Он преобразует сетевое напряжение до заданных значений, стабилизирует и защищает от незначительных помех питающего напряжения. Так как блоки питания снабжены куллером, они играют роль в охлаждении элементов системного блока.

Основными их характеристиками являются:

1. Электрические параметры
2. Механические параметры ( габариты и создаваемый воздушный поток)
3. Надежность

Компьютерный блок питания для сегодняшних платформ обеспечивает выходное напряжения ±12 Вольт (для мощных потребителей вроде процессора и видеокарты), ±5 Вольт (для снабжения материнской платы, жестких дисков и оптических дисков), +3,3 Вольт (для снабжения материнской платы и оперативной памяти). В большинстве случаев используются импульсные блоки питания. Ныне, более распространены блоки питания стандарта ATX. Ранее использовались блоки питания стандарта AT. Так же существовали двустандартные материнские платы, поддерживающие оба эти стандарта.

Стандарт AT обеспечивал компьютер напряжением в ±12 и ±5 Вольт. Такой блок питания подключался к материнской плате двумя шести контактными разъемами, подключающийся к одному 12-ти контактному разъему на материнской плате. Разъем проводов каждого цвета вырабатывает разное напряжение:

Красный - +5В

Желтый - +12В

Коричневый - -12В

Синий - -5В

Белый - -5В (PG - power good)

Черный - GND^[3]

В стандарт ATX добавили напряжение в +3,3 и +5В SB (Stand-by), второе было введено для реализации пробуждения компьютера по нажатию кнопки мыши или клавиатуры. Постепенно в этот стандарт вносили изменения, которые не оказывали существенного влияния, но переход на напряжение в -12В питания процессора привел к заметному изменению блоков питания.

---

Стандарт ATX12V имеет основной разъем, содержащий 20 контактов. Этот стандарт не получил широкого распространения, но на стандарт ATX начали выпускать различные переходники адаптирующие их в стандарт ATX12V.

В стандарте версии ATX12V 1.2 напряжение -5В подавалось только на системную плату, а вследствие отсутствия от него большой пользы соответствующий провод исчез вовсе.

Стандарт ATX12V 2.0 отличался от предыдущих стандартов появлением второй шины в +12В. В его число добавили 4 новых контакта (+12В, +3,3В, +5В и «земля»). Так же исчезло напряжение -5В. Большинство материнских плат, работающих на ATX12V 2.0, поддерживают также блоки питания ATX v1.x.^[4]

Ранее основным было напряжение +5В, теперь же минимальный ток должен составлять +12В. Обусловлено это ростом мощности комплектующих.

Основным параметром для этого источника энергии является максимальная мощность, потребляемая из сети, которая должна быть суммарно приближенно равна мощности всех комплектующих. На данный момент существуют блоки питания с мощностью от 300 до 1700 Вт.^[5]

Тема 3. Материнская плата

Системная плата — это сложная печатная плата, которая является основой для работы всего компьютера. На ней размещаются основные компоненты: центральный процессор, ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры интерфейсов ввода-вывода. Материнская плата содержит слоты для дополнительных контроллеров в основном с шинами USB, PCI и PCI-Express.

Основные разъемы, расположенные на плате:

1. Soket – разъем под ЦПУ
2. Слоты модулей ОЗУ
3. PCI-Express – скоростной разъем используется для подключения видеокарт
4. PCI (Peripheral component interconnect)
5. SATA (Serial Advanced Technology Attachment) – для подключения элементов накопителей информации
6. PATA (IDE) – предшественник SATA
7. Floppy – разъем для дискетного привода
8. Разъемы питания^[6]

Основные компоненты, материнской платы:

• Системная логика (chipset) — набор микросхем, управляющий интерфейсом процессора с разными компонентами компьютера. Важным элементов чипсета является система ввода-вывода (BIOS), которая обеспечивает начальную инициализацию устройств и размещает в оперативной памяти ядро, через которое контактирует с устройствами. Современные наборы системной логики строятся на базе двух Сверхбольших интегральных схем (СБИС)^[7]:

Северный мост (Northbridge), системный контроллер — отвечает за поддержку процессора, памяти и графической подсистемы. Так же он отвечает за скорость работы этих компонентов. Процессор подключается к мосту через FSB шины. Не редко графический контроллер совмещают с северным мостом (интегрированная видеокарта). На современных материнских платах в качестве шины для графического контроллера используется PCI-Express. На устаревших системных платах для подключения графической платы использовались общие шины: ISA, VLB, PCI и AGP. К системному контроллеру подключается ОЗУ, в этом случае он содержит контроллер памяти, что может влиять на максимальный объем оперативной памяти и пропускную способность шины памяти ПК.

---

Южный мост (Southbridge), периферийный контроллер — микросхема заведующая функциональностью чипсета, связывающая контроллеры периферийных устройств, контроллеры шин. Он подсоединяется к северному мосту и гораздо медленнее его.^[8]

• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство)
• Загрузочное ПЗУ — применяется в основном для хранения BIOS
• Система ввода- вывода (BIOS) – организует тестирование компонентов и начальную загрузку из ПЗУ при включении.
• Разъемы для подключения периферийных устройств:

- PS/2 – для подключения клавиатуры и мыши (на данный момент устарели и заменены на USB)

- USB – самые популярные порты для подключения периферии, синий-USB 3.0, черный USB 2.0, отличаются скоростью обмена данными.

- Порт Enternet

- Аудио разъемы

Зеленый – колонки, наушники

Розовый – микрофон и другие устройства ввода

Голубой – для внешних подсистем (плеер, радио и др.)

Оранжевый – сабвуфер

Черный – задние динамики

Серый – боковые динамики^[9]

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы определяет размер платы, места крепления к корпусу и расположение разъемов, а также тип разъема для подключения блока питания.

Производители предпочитают соблюдать определенные стандарты, поскольку эта характеристика отвечает за совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования других производителей.

К ныне используемым, можно отнести следующие стандарты:

• АТХ (305x244)
• microATX (244x244)
• Flex-АТХ (305x244)^[10]

Набирающие популярность стандарты:

• Mini-ITX (170x170)
• Nano-ITX (120x120)
• Pico-ITX (100x72)
• BTX
• MicroBTX
• PicoBTX^[11]

Некоторые производители выпускаю платы не соответствующие ни одному из этих форм факторов, объясняя это узкоспециализированостью выпускаемых плат либо желанием производителя производить свои собственные периферийные устройства.

Наиболее известными производителями материнских плат являются фирмы Asus, Gigabyte, Biostar, MSI.

Тема 4. Центральный Процессор

Центральный процессор (CPU — central processing unit — центральное вычислительное устройство) — выполняет вычислительные операции, выполня код программ. Процессор состоит из ядра, объединяющего арифметическо-логические устройства и кэш память. Процессор соединен с чипсетом главной платы. Эти устройства характеризуются по архитектуре ядра, рабочей частоте, тактовой частоте системной шины, объему кэш памяти.^[12]

---

Архитектура процессора состоит из:

• Блока управления
• Регистра команд и данных
• Арифметико-логического устройства (АЛУ)
• Блока операций с действительными числами
• Буферной памяти
• Системной шины

Алгоритм процессора можно представить следующим образом:

1. Процессор выставляет хранящиеся в регистре число на шину адреса и отдает памяти команду

2. Память, получив адрес и команду чтения, выставляет его на шину данных, и сообщает о готовности;

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду из своей системы команд и исполняет её;

4. Если команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу число, хранящееся в счётчике команд, в результате там образуется адрес следующей команды;

5. Повторно выполняется пункт 1^[13]

Быстродействие компьютера напрямую зависит от скорости процессора. Он оснащен регистрами, в которые помещаются выполняемые команды, которыми он управляет. Его работа заключается в выполнении этих команд в определенной циклической последовательности описанной выше.

Характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, объем кэш памяти, рабочее напряжение, количество ядер.

Тактовая частота это «королева» характеристик ЦП, и суть ее заключается в количестве тактов, производимых процессором в секунду. Следовательно, чем выше эта характеристика, тем быстрее работает компьютер. В современных процессорах частота может составлять от 2 до 4,7 ГГц. Реальную тактовую частоту процессора можно вычислить, как произведение частоты шины (FSB) на множитель частоты.^[14]

На скорость работы процессора влияет и количество в нем ядер. Ядро процессора – это модуль где производятся все расчеты. Следовательно, чем больше ядер, тем быстрее работает компьютер. Но следует заметить, что их количество, ни как не влияет на тактовую частоту. Новейшие процессоры могут содержать до 28 ядер.

Кэш

Кэширование — использование дополнительной быстрой памяти (кэш-памяти) для хранения часто используемых данных из основной памяти.

Современные процессоры оснащены трех уровневой быстродействующей памятью, которую обозначают как L1, L2 и L3

Кэш 3-го уровня самый большой по объёму (может достигать 39424 Кб),и медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память.

Кэш 2-го уровня служит буфером между 1 и 3 уровнями, обычно имеет значительно меньшую латентность и меньше по размеру (вмещает до 28672 КБ)

---