Файл: Устройство персонального компьютера (Компоненты системного блока).pdf

Зачастую в повседневной жизнедеятельности встречаются лазерные и струйные принтеры, хотя их разновидностей гораздо больше, но это устройства специального назначения, применяемые в различных производствах, печати чеков или изображений на поверхностях отличных от бумаги.

Глава 2. Компоненты системного блока

2.1 Корпус

Это шасси или каркас персонального компьютера, в который будут впоследствии установлены остальные его компоненты. От типа корпуса зависит какие компоненты и каким образом в нём возможно разместить. От корпуса, что неочевидно, зависит максимальная конструктивная производительность персонального компьютера. Больший объем корпуса позволяет разместить в нём более производительные компоненты, накопители большего объема и позволяет отвести и рассеять большее количество тепла, выделяемого ими. В данном случае роль будет играть не только внутренний объем, но и грамотное взаимное расположение компонентов и организация потоков воздуха внутри корпуса. Поэтому выбор корпуса строго зависит от назначения персонального компьютера и неправильно выбранный корпус либо не позволит собрать персональный компьютер, либо из-за плохо организованного охлаждения не позволит развивать системе полную мощность и стабильно функционировать.

2.2 Материнская плата

Является центральной платой, на основе которой и строится персональный компьютер. Она может быть произведена по разработанным стандартам (форм-факторам) или иметь индивидуальный дизайн под конкретное устройство, например: моноблок, ноутбук, мини-ПК, планшет или смартфон. На современной материнской плате могут быть размещены все элементы необходимые для функционирования компьютера, за исключением системы питания. Она полностью или частично размещается во внешнем блоке, блоке питания.

Элементом, отвечающим за запуск компьютера, является BIOS (basic input/output system – базовая система ввода-вывода) – набор микропрограмм для стартового тестирования POST (Power-On Self-Test – самотестирование после включения) и базовых инструкций для работы с аппаратным обеспечением, устанавливаемым на материнской плате. Он отвечает за выдачу начальных инструкций процессору, базовое тестирование компонентов, установленных на материнской плате и передачу управления компонентами операционной системе.

Рисунок 3 - Схематичное устройство материнской платы

Чипсет – является основным набором системной логики материнской платы и обеспечивает совместную работу процессора с остальными компонентами. От чипсета зависит зависит общая пропускная способность перифирийных устройств и соответственно максимально возможное количество разъемов на материнской плате. Ранее чипсет разделялся на 2 компонента – это Северный и Южный мост. Такие названия появились из-за особенностей размещения микросхем, Северный мост, имея большую скорость и работая с самыми производительными компонентами, такими как оперативная память и видеоадаптер располагался выше и ближе к процессору. Тогда как Южный мост распологался ниже и работал с остальными компонентами, не настолько требовательными к скорости. В настоящее время северный мост и южный мост объединили в один набор микросхем, а контроллер оперативной памяти расположили в процессоре.

Сетевой адаптер (network interface controller) – устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими компьютерами или оборудованием сети. Как правило сетевой адаптер встроен в материнскую плату, но для расширения функционала, количества каналов связи или увеличения общего количества портов, сетевая плата устанавливается в слот расширения.

Современные сетевые карты как правило поддерживают проводные стандарты связи Ethernet со скоростью подключения до 100 Мбит/сек и Fast Ethernet со скоростью до 1 Гбит/сек. Также есть платы, которые поддерживают передачу данных по Wi-Fi и Bluetooth, что позволяет подключаться к беспроводным сетям и устройствам. В настоящее время беспроводные сети завоевали популярность в домашней и офисной среде, и когда скорость подключения и задержки передачи данных не являются строгой необходимостью, беспроводные сети в использовании гораздо предпочтительнее.

В настоящее время любой персональный компьютер оснащён аудиокартой (sound card), устройством позволяющем воспроизводить или записывать звук. Она встраивается во все современные материнские платы в виде аппаратного кодека Intel HD Audio, или может быть установлена в слот расширения на материнской плате для расширения аудиовозможностей компьютера.

Рисунок 4 - Аудиоразъемы на материнской плате

Обычно звуковая карта имеет 3 разъема для подключения, ниже будет указана их маркировка.

Линейный выход (салатовый) – разъем, к которому подключаются устройства воспроизведения звука – колонки или наушники.

Линейный вход (голубой) – разъем, используемый для подключения устройств записи звука – микрофонов.

Разъем для тыловых колонок или сабвуфера (розовый) – может использоваться для подключения центральной, тыловой или сабвуфера систем объемного звука.

Количество разъемов может отличаться достигать 6 на звуковой карте материнской платы. Может быть размещен оптический разъем и дополнительные разъемы для колонок систем объёмного звука 5.1 или 7.1.

Ниже представлена схема материнской платы настольного ПК с описанием размещённых на ней элементов. На ней будут представлены практически все новые и современные технологии, которые могут применяться при проектировании материнских плат.

Рисунок 5 - Схема размещения компонентов на материнской плате

В ноутбуках, моноблоках, мини-ПК, планшетах и смартфонах эти элементы могут быть частично или полностью предустановлены, и материнская плата будет являться практически завершённым компьютером, за исключением устройств ввода команд и вывода изображения. К сожалению, предустановленные компоненты на материнской плате исключают возможность модернизации.

2.3 Процессор

Также может называться микропроцессором или центральным процессором – ЦП. Является «мозгом» персонального компьютера и занимается вычислением и обработкой данных. Является одним из самых дорогостоящих компонентов персонального компьютера наряду с графическим адаптером.

Быстродействие – важнейшая характеристика работы процессора, но при этом не имеет размерной величины и определяется опытным путем при проведении синтетических тестов или при работе с реальными программами. За быстродействие отвечает тактовая частота процессора и количество инструкций, выполняемых за такт работы. Тактовая частота – это частота импульсов электрического тока, вырабатываемая процессором, она задается кварцевым резонатором, который представляет собой кристалл кварца, заключенный в небольшом оловянном контейнере. Она измеряется в герцах (Герц – одно колебание в секунду), частоты современных процессоров измеряются в мегагерцах или гигагерцах. Количество инструкций, выполняемых за такт работы, определяется внутренней архитектурой процессора. Однако для увеличения тактовой частоты было необходимо увеличить количество стадий конвейера, через которые проходит команда, что в свою очередь уменьшило количество выполняемых инструкций за такт работы. Вследствие этого для увеличения быстродействия необходимо получить максимально возможную тактовую частоту и при этом минимизировать увеличение количества стадий конвейера.

Неизбежно при увеличении тактовой частоты и длине конвейера растёт энергопотребление и тепловыделение процессора. По этой причине были разработаны технологии позволяющие снизить энергопотребление, тепловыделение и системы защиты процессора от перегрева. При простое процессора или низкой нагрузке на ядра он автоматически снижает тактовую частоту в разы, что позволяет сэкономить электроэнергию и уменьшить количество выделяемого тепла. Пропуск тактов или троттлинг – механизм защиты используемый, когда процессор подходит к критической температуре своего функционирования. Её превышение приводит к необратимому термическому повреждению. При использовании этого механизма процессор начинает постепенное снижение частоты функционирования, чтобы значения температуры работы процессора не достигали критического значения.

Шина данных

Производительность и разрядность шины данных определяют быстродействие, с которым данные передаются в процессор и из него.

Данные в компьютере передаются в виде двоичного кода (цифр 0 и 1) через одинаковые промежутки времени. Для передачи бита данных со значением «1» в определенный промежуток времени посылается сигнал высокого уровня (около 5 вольт), а для передачи бита со значением «0» посылается сигнал низкого уровня (около 0 вольт). Чем больше линий, тем больше битов информации за один промежуток времени может передать процессор. Для лучшего понимания можно представить шину данных в виде автомагистрали, по которой движутся автомобили, и если вы хотите увеличить ее пропускную способность, то придётся расширить автомагистраль.

Современные процессоры могут иметь 64 разрядные шины данных, а значит могут передать за один промежуток времени 64 бита или 8 байт данных. Но 64 разрядная шина данных в свою очередь может снижать быстродействие из-за задержек синхронизации данных, по этой причине некоторые производители используют шины меньшей разрядности.

Шина адреса

Шина адреса – набор проводников, по которым передается адрес ячейки оперативной памяти, в которую или из которой передаются данные. Каждый проводник формирует только одну цифру адреса. Здесь можно провести аналогию с адресами домов, если у нас есть только 2 цифры формирующие номер дома, то максимальное количество возможных домов от 0 до 99 будет равняться 100. Но так как в процессоре используются только цифры «0» и «1», то 2 проводника могут формировать только 2² = 2 байта, а например, шина, состоящая из десяти проводников, может адресовать только 2¹⁰ = 1024 байта.

Рисунок 6 - Сравнительная таблица процессоров

Внутренние регистры

Разрядность внутренних регистров или внутренней шины данных определяет количество битов данных, которые процессор может обработать за один прием. Регистр – это ячейка памяти процессора, которая служит для хранения данных, обрабатываемых процессором в настоящий момент или результатов промежуточных вычислений.

От разрядности регистра зависит какие приложения может обрабатывать процессор. Например, 32-х разрядный процессор не может обрабатывать 64 разрядное приложение, но при этом 64 разрядные процессоры как правило имеют обратную совместимость и могут обрабатывать как 64-х, так и 32-х разрядные приложения.

Кэш память

Кэш память – является буфером между гораздо более медленной оперативной памятью и процессором. Она позволяет компенсировать время ожидания ответа от оперативной памяти и постоянно подгружает в себя данные, с которыми должен работать процессор. Выборкой данных занимается кэш контроллер, который решает какие данные необходимо подгрузить и от его эффективности зависит какой процент данных будет действительно необходим процессору в данный момент времени. Коэффициент совпадения кэш контроллера процессора Intel примерно равен 90%, это значит, что процессор будет 90% времени работать на эффективной частоте и 10% времени ждать поступления новых данных. Со временем количество уровней и объем кэш-памяти увеличился и в настоящий момент в процессорах используется 3 уровня память. Первый уровень кэш-памяти является самым быстрым, а третий соответственно самый медленный, но всё еще несравнимо быстрее оперативной памяти. Кэш 3 уровня начал массово применяться в многоядерных процессорах, и он как правило общий для всех ядер.