Файл: Устройство персонального компьютера (Периферийные устройства).pdf

Блоки питания можно разделить на трансформаторные и импульсные. Рассмотрим их отличия, преимущества и недостатки. Трансформаторный БП состоит из трансформатора; выпрямителя; сетевого фильтра. На трансформатор идет из сети входящее напряжение. Выпрямитель решает задачу преобразования переменного тока в постоянный однонаправленный. Обычно используются только два типа выпрямителей: двухполупериодный и однополупериодный. Оба выпрямителя похожи, главное различие состоит в использовании диодных мостов. В первом случае применяются четыре диода, а во втором только два. Для сглаживания пульсации тока используется сетевой фильтр, который представляет из себя конденсатор, обладающий большой емкостью. [9]

Преимущества трансформаторных блоков питания:

• Конструкция надежная и простая, редко выходит из строя;
• Простота ремонта;
• Радиопомех почти нет.

Недостатки:

• Мощность блока питания прямо пропорциональна его размерам и весу;
• Эффективность работы зависит от качества трансформатора.
• Применение в производстве блока питания электротехнической стали значительно повышает стоимость.[1]

При разработке импульсных блоков питания применяются другие конструкторские решения, с помощью которых увеличивается частота тока. Алгоритм работы БП импульсного типа:

1. Переменный ток, поступающий в устройство, выпрямляется;
2. Полученный постоянный ток конвертируется в прямоугольные частотные импульсы и скважности.
3. Если в конструкции блока питания присутствует гальваническая развязка, то прямоугольные импульсы поступают на трансформатор.
4. Если гальваническая развязка отсутствует, то прямоугольные импульсы на выходной ФНЧ. [4][6][11]

Основное отличие импульсных БП от классических:

• При повышении частоты тока, растет производительность работы трансформатора;
• Импульсный блок питания предъявляет минимальные требования к сечению сердечника и его материалу, из которого он выполнен;
• Установка в импульсные БП небольших трансформаторов, без снижения КПД. [5]

Для стабилизации выходного напряжения в устройстве в импульсном блоке питания применяется отрицательная обратная связь. Сигналы обратной связи зависят от напряжения на выходе блока питания, а скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигналов обратной связи. [1]

Плюсы импульсных блоков питания.

• Высокий коэффициент полезного действия, до 92-98%;
• Небольшие размеры и масса;
• Высокая надежность устройства;
• Широкий диапазон настоек выходного напряжения и частоты;
• Устройство надежно защищено от короткого замыкания;
• Невысокая стоимость.

---

Недостатки:

• Излучают высокочастотные помехи и не всегда помогает встроенное шумоподавление;
• Сложность ремонта. [1] [4]

Главной проблемой функционирования системного блока является излишний нагрев оборудования. Для многих устройств системного блока опасен перегрев, устройство может медленнее работать или выйти из строя.

Для решения этой проблемы используются различные системы охлаждения компьютера: Далее мы рассмотрим их типы и разновидности.[7]

Системы охлаждения компьютера могут быть не только различных типов, но и разной эффективности. [12]

Системы охлаждения бывают следующих видов:

• Воздушные системы
• Жидкостные системы
• Охлаждение с помощью фреона
• Системы открытого охлаждения
• Системы каскадного охлаждения
• Комбинированные системы охлаждения
• Системы с элементами Пельтелье[5][12]

В системном блоке обычно используется воздушное охлаждение. Воздушное охлаждения имеет очень простой принцип действия, тепло с поверхности устройств передается в окружающий их воздух. Воздушное охлаждение может быть активным и пассивным. В пассивном охлаждении используется радиатор, а при активном способе вентилятор (кулер). В современном компьютере одного радиатора как правило недостаточно, обычно его используют вместе с кулером. Тепло передается на радиатор, включается кулер, который обдувает радиатор прохладным воздухом охлаждая его до безопасных для оборудования температур. Радиатор может быть изготовлен из меди, серебра или алюминия. Так как первые два металла довольно дорогие, чаще всего производители выбирают алюминий. Чем больше площадь радиатора, тем выше его КПД. Есть несколько способов увеличить площадь:

1. Увеличить количество рёбер;

2. Увеличить размер радиатора. [4][7][8]

Первый способ кажется более удобным, он позволяет улучшить отдачу тепла и сохранить небольшой размер радиатора, однако из-за малого расстояния между рёбрами увеличивается гидравлическое сопротивление, которое препятствует быстрому движению воздуха через такой радиатор.[11]

Наиболее часто используется и считается более продуктивным второй способ, так как он позволяет улучшить теплоотдачу, снизить гидравлическое сопротивление, увеличить объем воздуха, который участвует в теплообмене.[6]

Как было выше сказано, одного радиатора недостаточно, нужен еще вентилятор, то есть кулер. Кулер состоит из электродвигателя, крыльчатки (лопасти) и подшипников, все детали встроены в легкий корпус. [5]

---

В отличие от радиаторов, где размер прямо пропорционален эффективности работы, не всегда кулер большего размера будет работать эффективнее и даже увеличение скорости вращения не всегда помогает достичь лучших результатов. Решающее значение приобретает форма лопастей. Очень важна правильная организация воздушного потока. Прохладный воздух должен поступать через переднюю и левую стенки корпуса системного блока, а разогретый выдуваться через заднюю и верхнюю стенку.[5][2]

Кулер чаще всего установлен на процессоре и на видеокарте, хотя владелец компьютера может поставить дополнительно еще несколько штук по своему усмотрению.[5]

При установке радиатора на процессор почти невозможно добиться полного прилегания радиатора. Воздушная прослойка между радиатором и процессором мешает эффективному теплообмену, поэтому на верхнюю часть корпуса процессора наносят тонким слоем термопасту. Она вытесняет воздух и заполняет мелкие неровности. Термопаста создает эффект плотного соприкосновения процессора и радиатора.[1]

Иногда в компьютерах применяются и другие системы охлаждения, например жидкостные (дистиллированная вода с примесями или фреон), иногда применяется сухой лёд, гелий, азот, но как правило, в домашних и офисных машинах только воздушное охлаждение.[1]

Для обработки графической информации и вывода изображения на экран необходима видеокарта. Современные видеокарты имеют собственный процессор, кулер и оперативную память. Некоторые ПК не имеют отдельной видеокарты. В этом случае процессор содержит в себе видеоядро, часть оперативной памяти используется на задачи, связанные с обработкой изображений. Такая конфигурация допустима, если компьютер не предназначен для работы с видео и изображениями, для загрузки страниц из Интернета и работы со стандартным пакетом программ вполне достаточно. Если ПК предназначен для игр, просмотра и обработки видео, необходима отдельная видеокарта, иначе программы и файлы будут зависать или не запустятся. [5][10]

Помимо графического процессора, оперативной памяти (видео ОЗУ) и кулера, видеопамять включает в себя цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), видеоконтроллер, видео ПЗУ. Рассмотрим каждый элемент отдельно.[1]

Графический процессор GPU (Graphicsprocessingunit) предназначен для расчетов и формирования графических данных, которые отправляются на монитор компьютера. Видео ОЗУ – временно хранит отправленные на монитор изображения. [4]

---

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует цифровую информацию в аналоговые сигналы, которые принимает монитор. ЦАП определяет количество оттенков изображения, разрешение и частоту вертикальной развертки. Цифровые мониторы имеют свой собственный ЦАП. Видеоконтроллер – устройство, координирующее формирование и отправку на ЦАП графической информации.[10]

Видеокарта имеет свою систему ввода-вывода графических данных, которая задает алгоритмы и правила, определенные производителем, таким образом, контролируя работу всего устройства. Данная система хранится в видео ПЗУ.[12]

«Видеопамять — электронная память, размещенная на видеокарте (графическом адаптере). Она используется, как правило, в качестве буфера для хранения кадров динамического изображения». [1, стр. 101] Так как видео карта имеет сложное устройство и в рабочем состоянии нагревается, от перегрева ей необходим свой собственный кулер, отводящий излишнее тепло от видео процессора и видео ПЗУ.[11]

Видеокарту можно подключать к слотам на материнской плате. Разъемы бывают AGP, PCI Express. Первый разъем очень старый, имеет малую пропускную способность. Чаще используется PCI Express, скорость передачи у него намного выше. Монитор подключается напрямую к видео карте через разъемы:

• VGA;
• DVI;
• HDMI.[1][5][11]

На одной видеокарте может быть несколько различных разъемов и можно подключить сразу несколько мониторов, телевизор или проектор. VGA (Video Graphics Array) самый старый разъем, передает только аналоговый сигнал. DVI (Digital Visual Interface) подходит для современных жидкокристаллических мониторов, может передавать как аналоговый, так и цифровой сигналы. HDMI (High-Definition Multimedia Interface) HDMI (High-Definition Multimedia Interface) предназначен для передачи цифрового видео сигнала и многоканального цифрового аудиосигнала на ЖК монитор, телевизор или плазменную панель. [5]

Аудио сигнал генерируется так же с помощью звуковой карты. Звуковая карта может быть платой расширения или чипсетом, интегрированным в материнскую плату. Материнская плата с встроенной аудио картой позволяет экономить на приобретении отдельного устройства, но оборачивается некоторым снижением качества звука. [4]

Звуковая карта предназначена для генерации звука на компьютере, который можно услышать через колонки, наушники, а так же для сохранения звука, записанного с микрофона. [7]

Звуковая карта обычно устанавливается в PCI или PCIe разъемы материнской плате.[9]

Звуковая карта содержит в себе контроллер, звуковой кодек, линейные входы и выходы. Для преобразования цифровых аудио сигналов в аналоговые звуковая карта содержат в себе ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Сигнал передается на наушники или колонки. [4]

---

Аудиоконтроллер предназначен для выполнения цифровой обработки сигнала, а кодек для оцифровки, воспроизведения и цифрового и аналогового микширования сигналов от разных источников. [1]

Аудиокарта имеет порты для подключения динамиков, микрофонов и вспомогательных устройств. Аудиоразъемы различаются по цветам:

1. Розовый вход для микрофона;
2. Голубой линейный аудиовход;
3. Зеленый линейный аудиовыход для наушников или колонок;
4. Оранжевый линейный аудиовыход для центрального канала или сабвуфера;
5. Чёрный или серый линейный аудиовыход для объёмного звучания для подключения акустических систем или внешнего усилителя.[1][5][11]

Таким образом, системный блок включает в себя такие устройства как центральный процессор, материнская плата, видеокарта, звуковая карта, оперативная память, устройства для постоянного хранения информации и другие компоненты. Время работы, быстродействие всех систем компьютера, их слаженность гарантирует отсутствие сбоев в работе и качественную обработку данных.

Глава 2. Периферийные устройства

Системный блок является основной частью компьютера, но без монитора, клавиатуры, мыши невозможно работать. Так же нам часто необходимы дополнительные устройства: колонки, микрофон, наушники.

Все перечисленные устройства делятся на две группы:

• Устройства ввода информации;
• Устройства вывода информации.[1]

К устройствам ввода информации относиться:

• Клавиатура;
• Манипулятор мышь;
• Сканер;
• Микрофон.[5]

К устройствам вывода информации относятся:

• Монитор;
• Колонки и наушники;
• Принтер. [12]

Клавиатура — необходима для ввода с помощью клавиш букв, цифр, знаков, формул, а так же команд управления. Основной способ ввода алфавитно-цифровой информации от пользователя в компьютер – печать на клавиатуре. Каждая клавиша является крышкой небольшого переключателя (механического или мембранного). В клавиатуре встроен микропроцессор, в функции которого входит отслеживать состояние переключателей, изменяющееся при нажатии или отпускании каждой клавиши, и посылать соответствующее сообщение (прерывание). Сообщение содержит ASCII-код клавиши. [1][10]

«В персональных компьютерах при нажатии клавиши происходит процедура прерывания и запускается программа обработки прерывания (эта программа является частью программного обеспечения операционной системы). Программа обработки прерывания считывает содержимое аппаратного регистра в контроллер клавиатуры, чтобы получить номер нажатой клавиши (от 1 до 102). Когда клавиша отпускается, происходит второе прерывание. Так, если пользователь нажимает клавишу SHIFT, затем нажимает и отпускает клавишу М, а после этого отпускает клавишу SHIFT, операционная система понимает, что ему нужна прописная, а не строчная буква М. Обработка нажатий клавиш SHIFT, CTRL и ALT в сочетании с другими клавишами выполняется только программно (сюда же относится известное сочетание клавиш CTRL+ALT+DEL, которое используется для перезагрузки всех компьютеров IBM PC и их клонов)». [10, стр. 136]

---