Файл: Устройство персонального компьютера (Программное обеспечение персональных компьютеров).pdf

Клавиатура [11] — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управ­ления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Мышь [13] — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плос­кую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверх­ности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Внутренние устройства системного блока [12]:

Материнская плата — основная плата персонального компьютера. На ней разме­щаются:

• процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих рабо­той внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы;

• шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компью­тер включен;

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

На рисунке 1 представлен базовый состав персонального компьютера [10].

Рисунок 1. Базовый состав персонального компьютера

Обозначения:

1 — монитор [9],

2 — материнская плата,

3 — центральный процессор,

4 — оперативная память,

5 — карты расширений [11],

6 — блок питания,

7 — оптический привод,

8 — жёсткий диск [5],

9 — компьютерная мышь,

10 — клавиатура.

Оптический привод [11] в настоящее время используется все реже, т.к. актуальные технологии создания внешних запоминающих устройств позволяют создавать компактные носители информации большой емкости.

Выводы. Проведенный в данной главе анализ показал, что основным назначением персональных компьютеров в настоящее время является обработка информации в широком смысле этого слова. Персональные компьютеры в настоящее время представлены большим количеством устройств различного типа с точки зрения назначения и исполнения. Однако при этом они имеют одинаковый состав базовых комплектаций, а их составные части могут объединяться в единые блоки в зависимости от типа персонального компьютера. При этом, как показал обзор действующих в настоящий момент нормативно-правовых актов [1-3], определяющих терминологию, состав и требования к персональным компьютерам, многие из них устарели с точки зрения актуальных технологий.

2. Основные устройства персональных компьютеров

2.1. Внутренние устройства персональных компьютеров

Основу внутреннего устройства персонального компьютера составляет материнская плата, на которой разме­щаются [11]:

• процессор [11];
• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих рабо­той внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы [14];
• шины [10] — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• ОЗУ [10];
• ПЗУ [5];
• Видеоадаптер [11] – устройство, предназначенное для обработки и вывода графической информации на монитор;
• Слоты [11] – разъемы для подключения дополнительных устройств.

ПЗУ (Жесткий диск) — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. В настоящее время, обычно, используются жесткие диски двух типов:

• HDD – накопитель на жестких магнитных дисках. Обладает большей надежностью, но имеет низкую скорость записи и чтения данных;
• SSD – твердотельный накопитель. Обладает высокой скоростью чтения и записи, но имеет низкую надежность.

Управление работой жесткого диска выполняют специальные аппаратно-логические устройства — контроллеры, которые в настоящее время, обычно, интегрируются в жесткий диск.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. В настоящее время емкость HDD измеряется, обычно в терабайтах, SDD – в гигабайтах.

Видеокарта (видеоадаптер) – устройство для управления обработкой и выводом графической информации. Видеоадаптер зачастую выполняется в виде интегрированного в материнскую плату чипсета [13].

Видеоускорение [11] — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппарат­ным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители обычно входят в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения). Несколько лет назад существовали и видеоускорители, которые поставлялись в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей [11] — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными програм­мами, использующими стандартный интерфейс (обычно офисного применения), и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компью­терных игр, и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графи­ческих операций. Все современные видеокарты обладают функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

Звуковая карта – устройство для управления обработкой и вводом и выводом звуковой информации. Звуковая карта зачастую выполняется в виде интегрированного в материнскую плату чипсета или устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты [12]. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая коли­чество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифро­вую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняш­него дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разряд­ные и 64-разрядные устройства.

ОЗУ (Оперативная память) [14] — это массив кристалли­ческих ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов опе­ративной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) [13] и статическую память (SRAM) [13].

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспо­могательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптими­зации работы процессора.

В современных компьютерах обычно применяют три типа модулей оперативной памяти. Модули памяти SDRAM (DIMM-модули) [11] сегодня уже считаются устаревшими и используются в компьютерах прошлых поколений. Наиболее распростра­нены модули типа DDR SDRAM (DDR DIMM), обеспечивающие более быстрый доступ к памяти.

Процессор [10] — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки опера­тивной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Основными параметрами процессоров явля­ются [12]:

• разрядность,
• рабочее напряжение,
• рабочая тактовая частота,
• тип чипсета,
• количество ядер,
• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты
• размер кэш-памяти.

Также на материнской плате имеется отдельный блок энергонезависимой памяти, в которую записан комплект программ, образующий базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System) [14].

Сетевой интерфейс или NIC (network interface controller) – это периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. [8].

Сетевые интерфейсы классифицируются в зависимости от вида среды передачи, типа кабеля, а также поддерживаемой технологии (Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п.).

В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Назначение сетевых адаптеров: обеспечение физического соединения между устройствами и кабелем (или эфиром).

Основные функции сетевых адаптеров:

• Осуществление непосредственной передачу и приема кадров в среде передачи. Они реализуют два первых уровня модели OSI – физический и канальный.
• На физическом уровне преобразование последовательных сигналов из линии связи в параллельные и передача их в шину данных узла или сетевого устройства [8].

Основным параметром сетевого интерфейса является физический адрес. Этот адрес называется MAC-адрес (Media Access Control) и является уникальным идентификатором сетевой платы. Этот адрес присваивается изготовителем [11].

Еще одним параметров сетевого интерфейса, который назначается операционной системой, является логический адрес, называемый IP-адресом. Он относится к третьему, сетевому уровню модели OSI и используется при маршрутизации данных между локальными сетями.

Узел или сетевое устройство может содержать несколько сетевых интерфейсов, каждый из которых обладает уникальным MAC-адресом и IP-адресом, уникальным в пределах данной локальной сети.

Также из внутренних устройств персонального компьютера можно отметить следующие:

• Систему охлаждения [14] – блок, ответственный за отвод тепла от процессоров и видеоадаптеров с целью предупреждения перегрева;
• Блок питания [14] – устройство, обеспечивающее электропитание основных комплектующих персонального компьютера, поддержание заданного напряжения;
• Контроллеры портов USB3.0 и 2.0 – устройства обеспечивающие работу данных портов [12];
• Каналы для подключения устройств с интерфейсом SATA/e-SATA [5].

2.2. Внешние устройства персональных компьютеров

Периферийные или внешние устройства ПК к его интер­фейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. По назначению внешние устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных [13]:
  • клавиатуры;
  • мыши;
  • сенсорные экраны;
  • графические планшеты;
  • сенсорные панели;
  • сканеры;
  • веб-камеры;
  • микрофоны;
  • специализированные устройства (датчики, контроллеры и т.д).
• устройства вывода данных [11, 13]:
  • мониторы;
  • очки и шлемы виртуальной реальности;
  • принтеры, многофункциональные устройства;
  • плоттеры;
  • информационные панели;
• устройства хранения данных [5, 12]:
  • внешние HDD;
  • внешние SSD;
  • оптические диски;
  • Flash-память различного типа;
  • Сетевые хранилища.
• устройства обмена данными [8]:
  • сетевые адаптеры, подключаемые через USB.

Мыши и клавиатуры были рассмотрены выше, остальные устройства ввода имеют обширную специфику использования и характеристик [12], которые выходят за рамки данной работы.

Для вывода графических данных кроме мониторов используют различные печатающие устройства (принтеры, МФУ, плоттеры), позволяющие получать копии документов на материальном носителе. По принципу действия различают следующие принтеры:

• матричные (в настоящее время практически не используются)[11];
• лазерные[11];
• струйные [14].

Основные характеристики принтеров:

• Скорость печати (страниц в минуту);
• Разрешающая способность (точек на дюйм);
• Поддерживаемые форматы бумаги;
• Количество цветов.

В качестве устройства хранения данных в персональных компьютерах используются внешние аналоги жестких дисков (HDD, SSD), подключаемые через специальные интерфейсы, карты памяти (flash, SD/SDHC/SDXC, CF и т.д.), подключаемые через специальные порты (USB или кард-ридеры), а также различные сетевые хранилища, в том числе и RAID-массивы.