Файл: Устройство персонального компьютера (1. Аппаратное обеспечение).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Персональный компьютер — это универсальный компьютер, предназначенный для использования одним пользователем. Каждый ПК зависит от микропроцессорной технологии, которая позволяет производителям ПК устанавливать весь центральный процессор (ЦП) на один чип.

Предприятия используют ПК для выполнения таких задач, как бухгалтерский учет, настольная публикация и обработка текстов, а также для запуска баз данных и электронных таблиц. В домашних условиях ПК в основном используются для мультимедийных развлечений, игр в компьютерные игры, доступа в Интернет и т.д. Несмотря на то, что ПК предназначены для использования в качестве однопользовательских систем, легко соединять их для создания сети, такой как локальная сеть (LAN).

ПК может быть микрокомпьютером, настольным компьютером, портативным компьютером, планшетным ПК или карманным ПК.

В рамках данной работы будет рассмотрено устройство персонального компьютера. Сегодня ПК занимают важное место в жизни каждого человека, они есть в каждом доме. Их используют для решения разного рода задач. В этом и заключается актуальность данной работы.

В течении работы необходимо решить следующие задачи:

• рассмотреть устройство системного блока;
• изучить устройства ввода и вывода;
• рассмотреть вопросы системного, прикладного и инструментального ПО.

1. Аппаратное обеспечение

1.1 Устройство системного блока

В середине 1960-х и в 1970-х годах компьютеры занимали целые комнаты и были доступны только для крупных университетов и предприятий. К этим ранним компьютерам обращались несколько пользователей через подключенные терминалы. Ресурсы были разделены между всеми пользователями. Термин PC стал популярным в начале 1980-х годов, основываясь на выборе журнала Time Magazine как «Человек года» в 1982 году. К концу 1980-х годов технологии продвинулись достаточно далеко, чтобы маленький компьютер мог использоваться одним человеком.

В 1981 году IBM вышла на арену, представив свой первый персональный компьютер под названием IBM PC. IBM PC быстро стал популярным на рынке. Лишь немногие компании смогли пережить популярность компьютеров IBM, включая Apple, которая оставалась ведущим поставщиком на рынке ПК.

---

Позже другие производители адаптировались к тенденциям ПК, продвигаемым IBM путем разработки клонов IBM. Клоны — это ПК с почти теми же конфигурациями, что и компьютеры IBM, но по более низкой цене. Постепенно IBM потеряла свое господство на рынке ПК. В настоящее время рынок персональных компьютеров в основном разделен между Apple Macintosh и ПК от других производителей [4, 9].

ПК обычно состоят из следующих частей:

• источник питания
• материнская плата
• память произвольного доступа (ОЗУ)
• жесткий диск
• процессор
• CD/DVD приводы

Различные внешние устройства, такие как монитор, клавиатура, принтер и координатное устройство (мышь).

Типичный настольный компьютер состоит из компьютерного системного блока, клавиатуры, мыши и монитора. Блок компьютерной системы является корпусом для всех других основных внутренних компонентов компьютера. Его также называют корпусом компьютера. Корпуса обычно изготавливаются из стали или алюминия, но также можно использовать пластик. В то время как большинство корпусов компьютеров являются довольно скучными, черными, металлическими коробками, некоторые производители пытаются придать модулю некоторый стиль с цветными и специальными элементами дизайна.

Основная функция блока компьютерной системы состоит в том, чтобы объединить все остальные компоненты и защитить чувствительные электронные детали от внешних элементов. Типичный корпус компьютера также достаточно велик, чтобы обеспечить обновление, например, добавление второго жесткого диска или видеокарты более высокого качества. Относительно легко открыть блок компьютерной системы для замены деталей и установки обновлений. Напротив, довольно сложно открыть портативный компьютер, который не предназначен для замены и модернизации [7].

В большинстве компьютерных систем на передней стороне присутствуют элементы, которые пользователь часто использует, например, кнопка питания, оптический дисковод, аудиовыход для пары наушников и несколько USB-соединений. Задняя сторона содержит все другие соединения — для питания, монитора, клавиатуры, мыши, подключения к Интернету и любых других периферийных устройств.

Главным действующем звеном системного блока является центральный процессор (ЦП). Компьютерный процессор обрабатывает все инструкции, которые он получает от аппаратного и программного обеспечения, запущенного на компьютере.

ЦП часто называют мозгом компьютера. Тем не менее, более разумно относиться к программному обеспечению как к мозгу, а к процессору как к очень эффективному калькулятору. ЦП действительно хорошо вычисляет, но, если бы не программное обеспечение, он не знал бы как это делать правильно.

---

Чип процессора обычно имеет форму квадрата или прямоугольника и имеет один вырезанный угол, чтобы правильно помещать чип в гнездо CPU. На нижней части чипа находятся сотни контактов разъема, которые подключаются к каждому из соответствующих отверстий в гнезде. Сегодня большинство процессоров похоже на изображение, показанное на рисунке 1. Тем не менее, Intel и AMD также экспериментировали с процессорами слотов, которые были намного больше и помещались в слот на материнской плате. Кроме того, на протяжении многих лет на материнских платах существовали десятки различных типов разъемов. Каждый сокет поддерживает только определенные типы процессоров, каждый из которых имеет свой собственный макет [4].

Рисунок 1 — Центральный процессор

Основная функция ЦП состоит в том, чтобы принимать входные данные от периферии (клавиатура, мышь, принтер и т.д.) Или компьютерную программу, интерпретировать ее, а затем выводить информацию на монитор или выполнять запрошенную периферией операцию.

Процессор был впервые разработан в Intel с помощью Теда Хоффа и других в начале 1970-х годов. Первым процессором, выпущенным Intel, был процессор 4004.

В CPU основными компонентами являются ALU (Арифметический логический блок), который выполняет математические, логические и решающие операции и CU (Control Unit), который направляет все операции процессоров [7].

За всю историю компьютерных процессоров скорость (тактовая частота) и возможности процессора значительно улучшились. Например, первый микропроцессор Intel 4004, выпущенный 15 ноября 1971 года, имел 2300 транзисторов и выполнял 60 000 операций в секунду. Процессор Intel Pentium имеет 3 300 000 транзисторов и выполняет около 188 000 000 инструкций в секунду.

В прошлом компьютерные процессоры использовали номера для идентификации процессора, что помогает идентифицировать более быстрые процессоры. Например, процессор Intel 80486 (486) работает быстрее, чем процессор 80386 (386). После внедрения процессора Intel Pentium (который технически был бы 80586) все компьютерные процессоры начали использовать такие имена, как Athlon, Duron, Pentium и Celeron.

Сегодня, помимо различных названий компьютерных процессоров, существуют разные архитектуры (32-разрядные и 64-разрядные), скорости и возможности.

Как и на любом устройстве, использующем электрические сигналы, данные перемещаются очень близко к скорости света, что составляет 299 792 458 м/с. Как близко к скорости света, который может получить сигнал, зависит от среды (типа металла в проводе), через который проходит сигнал. Большинство электрических сигналов движутся со скоростью около 75-90% от скорости света.

---

Память компьютера — это любое физическое устройство, способное временно или постоянно хранить информацию. Например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — это энергозависимая память, которая хранит информацию об интегральной схеме, используемой операционной системой, программным обеспечением и оборудованием [10].

Существует два типа устройств хранения, используемых с компьютерами: основное запоминающее устройство, такое как ОЗУ, и вторичное запоминающее устройство, такое как жесткий диск. Вторичное хранилище может быть съемным, внутренним или внешним хранилищем.

Память может быть либо энергозависимой, либо энергонезависимой. Энергозависимая память — это память, которая теряет свое содержимое, когда компьютер или аппаратное устройство теряет питание. Компьютерная оперативная память — это пример энергозависимой памяти, и поэтому, если компьютер зависает или перезагружается при работе над программой, то теряется всё, что не было сохранено. Энергонезависимая память, представляет собой память, которая сохраняет свое содержимое даже в случае потери питания.

Объём памяти на компьютере, часто находится между 1 ГБ и 16 ГБ оперативной памяти (ОЗУ) и несколькими сотнями гигабайт даже одного терабайта на жестком диске. Другими словами, всегда имеется больше места на жестком диске, чем в оперативной памяти.

Сегодня магнитное хранилище является одним из самых распространенных типов хранилищ, используемых с компьютерами, и является технологией, которую используют многие жесткие диски компьютера.

Материнская плата (рисунок 2) представляет собой печатную печатную плату, которая является основой компьютера, расположенный на задней стороне или в нижней части компьютера. Он выделяет мощность и позволяет осуществлять связь с ЦП, ОЗУ и с другими компонентами компьютера [2, 13].

Не существует стандартного набора количества подключений, портов или слотов расширения на материнской плате. Лучший способ определения количества подключений, портов или слотов для материнской платы — это поиск спецификаций, содержащихся в его документации. Обычно можно скачивать бесплатную версию PDF с веб-сайта производителя с документацией, если она была потеряна.

Рисунок 2 — Материнская плата

Компьютерная материнская плата подключается к корпусу настольного компьютера с использованием специальных средств. Когда он подключен к корпусу, все остальные устройства подключаются либо к самой материнской плате, либо к вставленной плате расширения.

---

Первая материнская плата считается одной из используемых в IBM Personal Computer, выпущенной в 1981 году. В то время IBM называла это «планарной», а не материнской платой. IBM Personal Computer и материнская плата внутри нее установили стандарт для IBM-совместимого компьютерного оборудования в будущем [11].

Видеокарта является платой расширения, который генерирует подачу на вывод изображения на дисплей (например, как компьютерный монитор). Часто они рекламируются как дискретные или выделенные графические карты, подчеркивая различие между ними и интегрированной графикой. В основе обоих — графический процессор (GPU), который является основной частью, который выполняет фактические вычисления, но не следует путать как видеокарту в целом, хотя «графический процессор» часто используется для обозначения видеокарты.

Большинство видеокарт не ограничиваются простым отображением. Их интегрированный графический процессор может выполнять дополнительную обработку, удаляя эту задачу из центрального процессора компьютера. Например, созданные Nvidia и AMD (ATi) карты отображают графический конвейер OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В более поздних 2010-х годах также была склонна использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач [9].

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (платы расширения) и вставлена ​​в слот расширения, универсальный или специализированный (AGP, PCI Express). Некоторые из них были сделаны с использованием специальных корпусов, которые подключены к компьютеру через док-станцию или кабель.

1.2 Устройства ввода и вывода

Главное компьютерное устройство ввода — клавиатура. Пользователь нажимает клавишу, которая передает информацию на компьютер.

Устройство ввода представляет собой часть компьютерного оборудования, используемого для предоставления данных и сигналов управления в систему обработки информации, такую ​​как компьютер или информационное устройство. Примерами устройств ввода являются клавиатуры, мышь, сканеры, цифровые камеры и джойстики. Устройства ввода аудио могут использоваться для целей распознавания речи. Многие компании используют распознавание речи, чтобы помочь пользователям использовать их устройства [6].

Устройства ввода могут быть классифицированы на основе:

• модальности ввода (например, механическое движение, аудио, визуальное и т. д.);
• независимо от того, является ли вход дискретным (например, нажатие клавиши) или непрерывным (например, положение мыши, хотя и оцифровано в дискретное количество), достаточно быстро, чтобы считаться непрерывным);
• число степеней свободы (например, двумерные традиционные мыши или трехмерные навигаторы, предназначенные для приложений САПР).

---