Файл: Устройство персонального компьютера(Ранние этапы появления компьютера и его частей).pdf

Внутренняя (электронная) память ПК реализуется в виде различных устройств: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) или (RAM - Random Assess Memory) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или (ROM - Read Only Memory - память только для чтения).

ОЗУ предназначено для временного хранения информации. Создается в виде двухмерных матриц, элементом которых является ячейка, способная запомнить один бит информации. ОЗУ является энергозависимым запоминающим устройством, т.е. при выключении ЭВМ или перезагрузке операционной системы ПК информация из памяти стирается. В современном компьютере используются микросхемы (модули) динамической (DRAM- Dinamic Random Access Memory) или статической памяти.

ОЗУ характеризуется объемом памяти, которая у современных компьютеров достигает четырех и более Гбайт.

Единицами измерения информации являются:

– бит. Это число 1 или 0;

– байт. Это 8 бит. Одного байта достаточно, чтобы записать одну букву любого алфавита или любой знак;

– 1Кбайг=210 байт =1024 байт. 1Кбайт (1КБ) позволяет сохранить приблизительно 0,5 стр. машинописного текста;

– 1Мбайт=220 байт =1048576 байт. 1Мбайт (1МБ) позволяет сохранить приблизительно 500 стр. машинописного текста;

– 1Гбайт=230 байт. 1Гбайт (1ГБ) позволяет сохранить сотни томов книг;

– 1Tбайт=240 байт. Такие объемы информации используются в основном только в супер-ЭВМ.

ПЗУ - энергонезависимое запоминающее устройство, используемое для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Информация из ПЗУ только считывается. ПЗУ используется для хранения системного программного обеспечения –BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода вывода). BIOS предназначена для хранения набора микропрограмм, обеспечивающих начальную загрузку компьютера.

КЭШ-память представляет собой высокоскоростную память с очень малым временем выборки. В этой памяти храниться небольшая часть часто используемой информации, которая необходима процессору. КЭШ память первого уровня имеет объем 32 Кбайт, а КЭШ память второго уровня имеет объем 256-512 Кбайт.

Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер) - запоминающее устройство с произвольным доступом, основанным на принципе магнитной записи предназначен для хранения информации, в частности, программ операционной системы, прикладных программ и т.д. Жесткий диск - это небольшая герметичная коробочка, в которой содержится несколько магнитных дисков и соответствующие магнитные головки к ним.

Управление работой магнитного диска осуществляется специальным электронным устройством-контроллером диска, например, марки SCSI-2.

---

Основные характеристики жесткого диска:

– емкость диска (Capacity);

– время доступа к данным на диске (Access Time);

– скорость чтения и записи данных на диск.

Емкость диска - максимальное количество информации, которое может храниться на диске. Выпускаются диски объемом до 4000 Гбайт (4 Тбайт).

Время доступа к данным - среднее время, за которое компьютер может добраться до произвольного участка на диске, составляет у современных дисков 2,5-16 мс.

Скорость чтения и записи данных зависят от параметров жесткого диска (числа оборотов шпинделя, контроллера диска и типа системной шины). Наиболее быстрыми считаются контроллеры типа SCSI и SCSI-2 или Enchanced IDE. Типовая скорость шпинделя - 4200 об/мин, а в новейших конструкциях 15000 об/мин. Однако последние достаточно шумные и используются в мощных серверах.

Устройство для чтения с компакт-дисков - CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) или дисководы для компакт-дисков - важнейший компонент современного ПК, позволяющий эффективно работать с мультимедиа-приложениями (т.е. программами, создающими движущие изображение, звук, текст и т.д.).

Такие устройства и сами компакт-диски относительно надежны и способны хранить большие объемы (до 700 Мбайт) разнообразной информации: справочные материалы, энциклопедические данные, компьютерные программы и многое другое.

Цифровые данные записывают на диск, используя специальное записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих ямок, может быть прочитана путем регистрации изменения интенсивности отражения, (ямки будут темнее, чем фон блестящего серебристого диска).

Чтение информации с компакт-дисков осуществляется с помощью лазерного луча небольшой мощности. Скорость чтения с компакт - диска невелика по сравнению со скоростью чтения данных с винчестера. Способ загрузки диска в накопитель зависит от конструкции, но наиболее распространены устройства с выдвигающимся горизонтальным лотком (подносом) - накопители Tray-Type (Tray-поднос), на которые диск кладется рабочей стороной вниз. Обычная скорость считывания равна 150 Кбайт/с. Устройство обеспечивает увеличение скорости считывания в 2 - 24 раза.

Устройства для записи компакт дисков (СD-R - Compact Disk Recordable) предназначены для однократной записи информации на диск. Внешне такие устройства не отличаются от устройств для чтения с компакт дисков. Запись осуществляется на диски с органическим материалом, который разрушается, что приводит к изменению его коэффициента отражения.

---

Существуют также устройства для многократной записи на компакт диск (CD-RW Compact Disc Rewritable).

LPT-порт (Line Printer-построчный принтер) - был введен в ПК для подключения принтера. ПК может иметь до 3-х LPT-портов, для подключения различных устройств (сканера, накопителей и т.д.). LPT-порт имеет 25 контактов типа «мама».

COM-порт (Communications Port-коммуникационный порт) обеспечивает асинхронный обмен данными. ПК может иметь до 4-х COM-портов. Эти порты используются для подключения манипуляторов (мышь, трекбол, внешних модемов и других устройств). COM - порт является последовательным портом и имеет 9 или 25 контактов типа «папа». Последовательный порт является более медленным, чем параллельный.

Особенности персонального компьютера

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. В состав системного блока обязательно входят пять устройств (рис. 1):

– 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.

Рис. 1. 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. Кроме обязательных, современный персональный компьютер может содержать различные дополнительные устройства, в основном (но не всегда) подключаемые к системному блоку через соответствующие разъемы.

Материнская плата ПК Один из важнейших модулей компьютера, входящих в состав системного блока, - материнская плата. 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.2.

---

Рис. 2. 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 ZIF1 (сокет), позволяющий заменить процессор без специального инструмента (рис. 3);

Рис. 3. 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;

– 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 1 ZIF (от англ. Zero Insertion Force — нулевое усилие вставки) — разновидность процессорных и иных разъёмов, снабжённая подвижной планкой, управляемой рычагом и позволяющей устанавливать микросхемы с множеством контактов без существенных усилий.

– 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 вводавывода (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. 4;

Рис. 4. 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.

Стандартизированные интерфейсы материнской платы, называемые портами, служат для подключения периферийного оборудования (принтеры, сканеры, внешние запоминающие устройства и др.), рис. 5.

---

Рис. 5. 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.

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. 6, 7). Именно процессор отвечает за обработку всех данных в системе и глобально управляет работой аппаратных устройств.

Рис. 6. Микропроцессоры

Рис. 7. 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. Видов процессоров существует много, выпускаются они для различных целей и разными производителями. Сегодня ведущими производителями процессоров для компьютеров являются компании Intel3 и AMD4. Независимо от производителя, у каждого процессора есть целый ряд важных характеристик: тактовая частота, разрядность обрабатываемых данных, размер кэш-памяти, количество ядер.

Пример технических характеристик процессора, приводимых на сайтах Internetмагазинов компьютерной техники :

Форм-фактор (от англ. form factor) — стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия, а также описывающий дополнительные совокупности его технических параметров, например, форму, типы дополнительных элементов, размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию.

Например, Процессор Тип процессора Intel® Core™ i7 Модель процессора 6700 Тактовая частота 3.4 Ггц Количество ядер 4 Кэш L3 8192 Кб Кэш L2 1024 Кб Кэш L1 64 Кб Тактовая частота – определяет сколько элементарных операций (тактов) выполняет микропроцессор в одну секунду. Измеряется в гигагерцах (ГГц – GHz). От тактовой частоты в значительной степени зависит быстродействие микропроцессора. Но надо заметить, что утверждение «чем выше тактовая частота, тем "шустрее" процессор» справедливо, если сравнивать между собой поколения CPU одной марки.

---