Файл: «Устройство персонального компьютера»(Структура и принципы работы персонального компьютера).pdf
Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 57
Скачиваний: 1
ВВЕДЕНИЕ
В современном обществе невозможно представить ни одну сферу человеческой деятельности, в которой не использовались бы средства вычислительной техники, обеспечивающие автоматизацию процессов сбора, хранения и обработки информации. Более того, дальнейшая интенсификация производства, внедрение новых технологий требуют все более широкого применения средств вычислительной техники, их периферийного оборудования и средств оргтехники. Поэтому изучение аппаратных средств информатизации является необходимым для специалистов в различных областях науки, техники и экономики.
Вычислительные и логические возможности, эффективность работы и другие показатели систем обработки данных в значительной степени определяются совершенствованием их технической базы – комплекса аппаратных средств компьютеров.
Разработка аппаратного обеспечения является сложной и многоплановой задачей, требующей знаний принципов организации и работы технических средств информатизации, их возможностей и характеристик, способов совместного применения, выбора структуры и состава с учетом проектирования процессов сбора и обработки информации, с привязкой к принятым решениям по математическому, информационному и организационному обеспечению.
Целью работы является изучение устройства персонального компьютера.
Для решения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- изучить структуру и принципы работы персонального компьютера;
- рассмотреть внутренние устройства персонального компьютера;
- изучить внешние (периферийные) устройства персонального компьютера.
Объектом работы является устройство персонального компьютера.
Предметом работы является структура и принципы работы персонального компьютера.
При подготовке работы были использованы такие информационные источники как специализированная профессиональная литература, материалы из СМИ, данные интернет-ресурсов. Применены такие методы и приемы исследования как анализ, синтез, сравнение.
1. Структура и принципы работы персонального компьютера
1.1. Общие принципы работы персонального компьютера
Еще в 50–60-х годах прошлого столетия теоретически было доказано, что вычислительная система (компьютер) в самом общем виде должна иметь 5 устройств (рис. 1) [8, с. 11]:
- арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
- устройство управления (УУ);
- внешние устройства (ВВ);
- устройства ввода/вывода (УВ/В).
Рисунок 1 - Схема взаимосвязи основных устройств
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) производит вычисления (обработку данных) и осуществляет логические операции, согласно программе, поступающей частями из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В ОЗУ находится три вида информации: 1) данные, с которыми в настоящий момент работает АЛУ; 2) результаты вычислений, полученные в данный момент; 3) часть программы, по которой эти данные обрабатываются [3, с. 73].
Чтобы АЛУ функционировало непрерывно (без простоя), необходимо устройство управления (УУ), подающее «порциями» новые данные и части программы в АЛУ и получающее оттуда результаты вычислений (обработки данных). Но объём ОЗУ небольшой, поэтому нужны устройства, откуда следует брать данные и части программы и куда следует передавать на длительное хранение результаты обработки данных. Такие устройства были названы внешними устройствами (ВУ). Эти устройства являются внешними относительно АЛУ и ОЗУ, хотя могут находиться в том же корпусе, что и они. Чтобы вводить данные и программы и выводить (сохранять) результаты вычислений, необходимы ещё и так называемые устройства ввода/вывода для ввода данных в ОЗУ и вывода с неё на внешние устройства [4, с. 147].
В современном процессоре объединены функции АЛУ и УУ, т. е. он сам делит информацию (данные и части программы) на порции при подаче с ОЗУ и порциями же подаёт в ОЗУ результаты (рис. 2) [3, с. 75].
Рисунок 2 - Схема передачи данных в компьютере
Внутренние устройства находятся в системном блоке, а внешние – вне его. Белые стрелки означают, что данные при передаче должны быть перекодированы, т. е. необходимы контроллеры (адаптеры) [2, с. 47].
1.2. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера
Персональный компьютер – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. Его аппаратную конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять в соответствии с требованиями пользователя. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой.
В состав персонального компьютера обязательно входят три устройства:
- системный блок,
- монитор,
- клавиатура.
Для облегчения работы в графической среде операционной системы используется мышь [2, с. 48].
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.
Монитор – устройство визуального представления данных, является главным устройством вывода.
Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером, служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления [3, с. 77].
Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры пользователь управляет компьютерной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик.
Мышь – устройство управления манипуляторного вида. Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим [4, с. 148].
Системный блок – функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри, экранирующий создаваемое внутренними компонентами электромагнитное излучение. Является основой для дальнейшего расширения системы.
Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, - внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными [4, с. 153].
В состав системного блока обязательно входят пять устройств (рис. 3):
- материнская плата,
- процессор (CPU),
- оперативная память,
- память на жестком диске (HDD),
- видеокарта.
Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания, и, таким образом, мощность блока питания является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт [3, с. 78].
Рисунок 3 - Основные внутренние устройства системного блока
Для отведения тепла, выделяемого при работе процессора, применяется кулер.
Кулер – система охлаждения процессора, представляющая собой систему из теплоотводящего радиатора и вентилятора [2, с. 53].
Кроме обязательных, современный персональный компьютер может содержать различные дополнительные устройства, в основном (но не всегда) подключаемые к системному блоку через соответствующие разъемы.
2. Внутренние устройства персонального компьютера
Один из важнейших модулей компьютера, входящих в состав системного блока, - материнская плата [5, с. 119].
Материнская плата (motherboard), или системная плата (system board) – центральная комплексная плата, предоставляющая электронную и логическую связь между всеми устройствами, входящими в состав персонального компьютера, рис. 4.
Рисунок 4 - Материнская плата
На материнской плате располагаются основные электронные элементы компьютера:
- Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit – центральное вычислительное устройство, центральный процессор) устанавливается в специальный разъем типа ZIF (сокет), позволяющий заменить процессор без специального инструмента (рис. 5).
Рисунок 5 - Разъем для установки ЦП (сокет, socket)
- Чипсет (chipset) – набор чипов (микросхем), управляющий взаимодействием процессора с другими устройствами. Чипсет полностью определяет все потенциальные возможности материнской платы: используемый процессор, тип и объем памяти, допустимые периферийные устройства [5, с. 121];
- Системная шина (system bus) – электрические соединения, по которым устройства компьютера обмениваются сигналами друг с другом. Все внешние устройства подключаются к шине непосредственно через соответствующие унифицированные разъемы (слоты) или через специфические адаптеры (контроллеры). Скорость (пропускная способность) системной шины влияет на скорость работы компьютера.
- Микросхема постоянной памяти (ROM – Read Only Memory – память только для чтения), содержащая набор основных параметров компьютера, необходимых для совместной работы всех входящих в него устройств, и базовую систему ввода-вывода (Basic Input Output System – BIOS). Содержимое постоянной памяти поддерживается питанием от специальной батарейки;
- Оперативная память (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) реализуется в виде модулей с микросхемами динамической памяти, которые вставляются в специальные разъемы на материнской плате (слоты), рис. 6.
Рисунок 6 - Разъемы (слоты) для установки модулей ОП
- Кэш-память (cache) – очень быстрая (сверхоперативная) память, которая содержит информацию, необходимую процессору в первую очередь.
- Дополнительные микросхемы (additional chips), выполняющие какие-либо специфические функции, например, встроенный в материнскую плату звуковой чип.
Кроме того, материнская плата содержит специальные разъемы (слоты) для подключения различных дополнительных устройств, например, видеокарты, звуковой карты, сетевой карты [5, с. 123].
Стандартизированные интерфейсы материнской платы, называемые портами, служат для подключения периферийного оборудования (принтеры, сканеры, внешние запоминающие устройства и др.), рис. 7.
Рисунок 7 - Порты ввода/вывода
Для увеличения производительности системы используются локальные шины (local bus), связывающие процессор непосредственно с контроллерами периферийных устройств и тем самым увеличивающие общее быстродействие персонального компьютера.
При выборе комплектующих для ПК, необходимо учитывать форм-фактор материнской платы [5, с. 125].
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, а также тип разъема для подключения блока питания. В последних версиях форм-фактора определяются и требования и к системе охлаждения компьютера. Заметим, что форм-фактор корпуса компьютера должен поддерживать форм-фактор материнской платы.
Центральный процессор, или микропроцессор – это «мозг» персонального компьютера, выполненный в виде небольшой электронной схемы в пластиковом или металлическом корпусе (размер менее 20 см2), которая выполняет все вычисления, пересылает данные между внутренними регистрами и управляет ходом вычислительного процесса (рис. 8, 9). Именно процессор отвечает за обработку всех данных в системе и глобально управляет работой аппаратных устройств.
Рисунок 8 - Микропроцессоры
Рисунок 9 - Фрагмент печатной платы с установленным микропроцессором
Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. В регистрах размещаются и данные и команды. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина [7, с. 247].
Видов процессоров существует много, выпускаются они для различных целей и разными производителями. Сегодня ведущими производителями процессоров для компьютеров являются компании Intel и AMD. Независимо от производителя, у каждого процессора есть целый ряд важных характеристик: тактовая частота, разрядность обрабатываемых данных, размер кэш-памяти, количество ядер.