4. Аппаратные средства персонального компьютера (ПК)

4.1. Базовая конфигурация ПК

Существующие разновидности ПК (настольные, портативные, карманные) объединяет общность структуры аппаратных средств, что обусловлено сходными принципами их работы:

для ввода данных в компьютер должно быть хотя бы одно устройство ввода, например, клавиатура, мышь или световое перо;

для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных необходима оперативная память;

для длительного хранения большого объема данных должны быть дополнительные накопители;

для выдачи результатов обработки данных должен быть дисплей (монитор) или другие устройства вывода.

Минимальный набор аппаратных средств, без которых невозможны запуск и работа ПК, определяет его базовую конфигурацию. В базовую конфигурацию ПК (Рис. 4.1.) входят системный блок, монитор, клавиатура и ручной манипулятор – мышь.

Рис.4.1. Базовая конфигурация ПК

Системный блок является центральной частью ПК. В корпусе системного блока размещены внутренние устройства ПК. По внешнему виду системные блоки отличаются формой корпуса.

Клавиатура относится к основным устройствам ввода и предназначена для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления в интерактивном режиме взаимодействия ПК и пользователя.

Монитор (дисплей) – основное устройство для оперативного вывода на экран текстовой и графической информации.

Манипулятор «мышь» – основное устройство местоуказания (позиционирования), предназначенное для ввода координат в компьютер.

Целесообразно при дальнейшем рассмотрении устройства аппаратных средств ПК выделить системный блок, куда включить внутреннюю память компьютера, устройства хранения данных (внешнюю память) и устройства ввода – вывода.

4.2. Системный блок

В состав системного блока входят следующие устройства:

системная (материнская) плата с микропроцессором;

оперативная память;

накопитель на жестком магнитном диске;

контроллеры или адаптеры для подключения и управления внешними устройствами ПК (монитор, звуковые колонки и др.);

порты для подключения внешних устройств (принтер, мышь и др.);

внешние запоминающие устройства для гибких магнитных дисков и лазерных дисков типа СD-RОМ.

4.2.1. Системная плата

Системная платаявляется интегрирующим (объединяющим) узлом ПК. На системной плате конструктивно размещаются микросхемы, электронные устройства и разъемы (слоты) расширения.

На системной плате, помимо процессора, расположены:

чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем;

шины - набор проводников;

постоянное запоминающее устройство - микросхема памяти;

разъемы (слоты) расширения конфигурации ПК.

Основные элементы системной платы показаны на рис.4.2:

Рис.4.2. Системная (материнская) плата

разъем для микропроцессора;

разъемы оперативной памяти;

интерфейсы шины РСI;

4) микросхема системной логики (чипсет);

интерфейсы (разъемы) для подключения жестких дисков;

интерфейс для подключения FDD;

блок портов ввода/вывода.

Системная плата во многом определяет конфигурацию ПК, поскольку от ее параметров

зависит тип используемого микропроцессора, максимальный объем оперативной памяти, количество и способы подключения внешних устройств ПК и другие характеристики.

Микропроцессор - это главная микросхема компьютера. Он предназначен для вычислений, обработки информации и управления работой компьютера. Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти, и руководит работой всех устройств компьютера либо напрямую, либо через соответствующие контроллеры.

Конструктивно микропроцессор - это кристалл кремния очень маленьких размеров. Основой любого микропроцессора является ядро, которое состоит из миллионов транзисторов, расположенных на кристалле кремния.

Микропроцессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. Для повышения быстродействия ПК микропроцессор снабжен внутренней кэш-памятью.

Множество команд, которые может выполнить процессор над данными, образует систему команд процессора . Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура.

Процессоры Intel, используемые в IBM-совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд - CISC -процессорам (CISC- Complex Instruction Set Computing).

Альтернативой CISC -процессорам являются процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). В RISC-процессорах количество команд значительно меньше, и каждая команда выполняется быстрее. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD выпускает процессоры, которые имеют гибридную архитектуру

Процессоры характеризуются быстродействием, разрядностью и объёмом кэш-памяти. Быстродействие практически определяется тактовой частотой, измеряемой в герцах (Гц). Один Гц – это 1 импульс (одно колебание) в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров составляет сотни миллионов и тысячи миллионов Гц (мегагерцы – МГц и гигагерцы – ГГц). Так микропроцессор фирмы Intel марки Pentium-4 имеет тактовую частоту - до 3,3 ГГц и разрядность 64 бит. Более высокую производительность имеют появившиеся в последние годы двуядерные и четырехядерные микропроцессоры.

Чипсетом (chipset) системной платы называется набор микросхем, управляющий процессором, памятью, постоянным запоминающим устройством, памятью, шинами и интерфейсами передачи данных, а также рядом периферийных устройств. Чипсет, как правило, состоит из нескольких специализированных интегральных микросхем, конструктивно привязанных к типу используемого процессора. Переход к чипсетам обусловлен необходимостью обеспечения совместимости аппаратных средств различных производителей

Обмен данными и командами между внутренними устрой-ствами ПК происходит по проводникам многожильного кабеля - системным шинам . Основной задачей системной шины является передача данных между процессором и остальными электронными узлами компьютера. По системной шине осуществляется не только передача данных, но и адресация устройств, а также происходит обмен специальными служебными сигналами. В зависимости от этого в архитектуре ПК различают три вида шин:

шина данных;

шина адреса;

шина команд.

Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники.

Основные шинные интерфейсы современных системных плат:

ISA – обеспечивает взаимодействие между собой всех устройств системного блока (в новых ПК практически не используется),

EISA – расширение стандарта ISA, не отвечает требованиям современных ПК,

PCI – для подключения внешних устройств, при этом сразу происходит автоматическое определение и настройка этого устройства, быстродействие до 264 Мб/с,

AGP – усовершенствованный графический порт, специально разработанный для подключения видеоадаптеров (видеокарт). Частота шины АGР, как и РСI, 33 или 66 МГц, однако, пропускная способность составляет 1066 Мбайт/с.

USB – универсальная последовательная шина USB является обязательным элементом современного ПК. Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для средне- и низкоскоростных периферийных устройств. Она позволяет подключить до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом. Шина USB поддерживает автоопределение (Рlug-n-рlay) новых устройств, а также так называемое «горячее» подключение, то есть подключение к работающему компьютеру без его перезагрузки. Скорость передачи данных по USB составляет 1,5 Мб/с. На сегодняшний день разработан и вводится стандарт USB 2.0, в котором увеличена скорость передачи данных. С интерфейсом USB выпускаются модемы, клавиатуры, мыши, СD-RОМ, джойстики, ленточные и дисковые накопители, сканеры и принтеры, цифровые камеры и другие устройства. В компьютерах Аррle iМас шина USB служит единственным интерфейсом для подключения медленных периферийных устройств.

4.2.2. Внутренняя память ПК

Все виды запоминающих устройств, расположенные на системной плате, образуют внутреннюю память ПК, к которой относится:

оперативная память;

сверхоперативная память (кэш-память);

постоянная память;

энергонезависимая память.

Упрощенная схема внутренней памяти ПК показана на рис. 4.3.

Обозначены: БП – блок питания, МП – центральный микропроцессор, А – аккумулятор.

На схеме показаны:

энергозависимое оперативное запоминающее устройство – ОЗУ;

сверхоперативное энергозависимое ЗУ (кэш-память) разного уровня;

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и базовая система ввода-вывода (BIOS);

память CMOS с автономным источником питания А (запитывает также часы);

показана дополнительно виртуальная память (файл «подкачки» на жестком диске HD)

Рис. 4.3. Упрощённая схема внутренней памяти ПК

Оперативная память R АМ (Random Ассеss Memory)используется для хранения исполняемых в данный момент программ и необходимых для этого данных. Через оперативную память происходит обмен командами и данными между микропроцессором, внешней памятью и периферийными устройствами. Высокое быстродействие определяет название (оперативная) данного вида памяти. Ключевой особенностью оперативной памяти является ее энергозависимость, т.е. данные хранятся только при включенном компьютере.

По физическому принципу действия различают динамическую память DR АМ и статическую память SR АМ.

Динамическая память при всей простоте и низкой стоимости обладает существенным недостатком, заключающимся в необходимости периодической регенерации (обновлении) содержимого памяти.

Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической - для кэш-памяти.

Кэш-память (cache memory) используется для повышения быстродействия ПК. Принцип «кэширования» заключается в использовании быстродействующей памяти для хранения наиболее часто используемых данных или команд, тем самым, сокращая количество обращений к более медленной оперативной памяти. При обработке данных микропроцессор сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся в ней. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Кэш-память процессора различают по уровням.

кэш-память первого уровня. Конструктивно размещается на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка нескольких десятков Кбайт.

кэш-память второго уровня. Размещается на отдельном кристалле, но в границах процессора с объемом в сто и более Кбайт.

кэш-память третьего уровня. Реализуется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и более Мбайт.

Оперативная память в ПК размещена в стандартных модулях. Каждой ячейке оперативной памяти присвоен уникальный адрес, количество адресов определяется разрядностью шины адреса (при 32-разрядной адресации количество адресов составляет 2 32 , т.е. потенциально можно адресовать до 4,3 Гб).

Постоянная память ROM (Read Only Memory) предназначена для хранения неизменяемой информации. Наличие постоянной памяти в ПК обусловлено необходимостью выполнения первона-чальных действий до загрузки операционной системы при запус-ке компьютера.

В постоянной памяти записаны команды, которые компьютер выполняет сразу после включения питания. Механизм запуска ПК основан на том, что при включении ПК микропроцессор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда из-вестен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на постоянную память, которая физически размещается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию даже при отключенном компьютере, поэтому постоянную память также называют энергонезависимой памятью.

Комплект программ, находящийся в ПЗУ, составляет базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output System). BIOS содержит программы управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность системы и обеспечить взаимодействие основных узлов ПК до загрузки какой-либо операционной системы. Кроме этого, в BIOS входит программа тестирования, которая выполняется при включении компьютере (POST, Power On Self Test).

Система BIOS в современных ПК реализована в виде одной микросхемы ПЗУ, установленной на системной плате компьютера. Для хранения BIOS в материнских платах используется электрически перепрограммируемое запоминающее устройство. Наиболее известными версиями BIOS являются AMI BIOS и AWARD BIOS.

Для хранения информации о текущей конфигурации ПК, используемой при первоначальной загрузке программами BIOS, в состав внутренней памяти также входит микросхема энергонезависимой памяти (конструктивно расположена на системной плате), которая называется CMOS RAM.

От оперативной памяти CMOS-память отличается тем, что ее содержимое не пропадает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно в зависимости от того, какое оборудование входит в состав системы. Под энергонезависимостью этой памяти понимается ее независимость от состояния ПК (включен или выключен). В действительности микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшого элемента питания, расположенного на системной плате (А – на рис.4.3.).

Для внесения изменений о конфигурации ПК в BIOS включена программа Setup , которая может изменять содержимое CMOS-памяти, то есть задавать параметры конфигурации системы. Вызов программы в зависимости от версии осуществляется определенной комбинацией клавиш: Del - для AWARD BIOS и Ins или F2 - для некоторых версий AMI BIOS. Как правило, при первоначальной загрузке на экране ПК указывается название клавиши, которую следует нажать для запуска программы Setup.

При загрузке и тестировании оборудования BIOS подает на динамик компьютера звуки, по которым можно, диагностировать неисправность.

Например, если неисправна видеокарта, то подается 1 длинный и 2 коротких сигнала; а если неисправна оперативная память - то повторяющиеся короткие сигналы. При отсутствии ошибок подается длинный сигнал.

4.2.3. Контроллеры

Системная плата, помимо рассмотренных элементов, содержит ряд дополнительных, которые обеспечивают нормальное функционирование системы и во многом определяют качество системной платы и компьютера в целом.

К таким компонентам относятся:

контроллер прерываний;

контроллер клавиатуры;

контроллеры ввода-вывода, обслуживающие дисководы гибких дисков и порты;

преобразователь напряжения;

тактовый генератор;

Обязательным устройством (функционально реализуется в чипсете) является контроллер прерываний. Прерывания используются для управления работой периферийных устройств. Основной функцией контроллера прерываний является обработка запросов от устройств ПК, для каждого из которых определен свой уровень важности - приоритет. В соответствии с приоритетом устройств устанавливается очередность обработки микропроцессором запросов от этих устройств.

Все современные ПК содержат 16 линий запроса прерывания (Interrupt ReQuest, IRQ). Приоритет убывает в порядке возрастания номера линии. Самый высокий приоритет имеет линия запроса прерывания IRQ0. Линии прерывания IRQ8-IRQ15 являются расширением линии IRQ2, то есть имеют приоритет ниже, чем IRQT, но выше IRQ3. При большом количестве периферийных устройств может возникнуть конфликт прерываний, т.е. когда два устройства пытаются использовать одно и то же прерывание. В этом случае допускается ручная настройка прерываний пользователем.

4.3. Устройства хранения данных

4.3.1. Общие сведения

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптический (ранее использовались даже бумажные носители- перфокарты и перфоленты). Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие объемы информации. Накопители информации наоборот дают возможность хранить большие объемы информации, но время ее записи и считывания там велико. Поэтому эффективная работа на компьютере возможна только при совместном использовании накопителей информации и устройств хранения, реализованных в виде электронных схем.

Выше было зафиксировано, что память ПК подразделяется на внутреннюю и внешнюю . Внутренняя память уже рассмотрена в п. 4.2 и надо отметить, что физической основой внутренней памяти, как было показано ранее, являются электронные схемы (ПЗУ, ОЗУ), отличающиеся высоким быстродействием. Однако, они не позволяют хранить большие объемы данных. Кроме этого, основная внутренняя память - оперативная является энергозависимой, т.е. при отключении ПК ее содержимое стирается. Вследствие этого возникает необходимость в средствах длительного хранения больших объемов данных. В персональных компьютерах эта функция возложена на внешнюю память, которая по своим характеристикам в противоположность внутренней памяти, является медленной, энергонезависимой и практически неограниченной.

Внешняя память используется для длительного хранения боль-шого объема данных и программ.

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителей (рис. 4.4), предназначенных для долговременного хранения данных. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах.

Рис.4.4. Устройства хранения данных

При изучении носителей важно иметь представление о физических принципах, положенных в основу записи и чтения данных. В современных компьютерах сочетаются три вида носителей, отличающиеся физическим принципом организации памяти: электрические, магнитные, оптические.

Накопитель представляет собой совокупность носителя данных и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и постоянными носителями.

Привод - это объединение механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя.

Носитель - это физическая среда хранения информации. По внешнему виду может быть дисковым или ленточным. По способу запоминания различают магнитные, оптические и магнитооптические носители. Ленточные носители могут быть только магнитными, в дисковых носителях используют магнитные, магнитооптические и оптические методы записи считывания информации.

Рассмотрим более детально накопители на магнитных носителях, из которых наиболее широко применяются накопители на жестких магнитных дисках (выпуск накопителей на гибких магнитных дисках в настоящее время прекращен).

4.3.2. Накопитель на жестких магнитных дисках

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - устройство для чтения/записи с жестких магнитных дисков, установленных внутри накопителя (рис.4.5.)

Рис.4.5. Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер).

Накопители на жестких магнитных дисках получили такое наименование из-за жесткости дисковых пластин - носителей данных. В НЖМД можно выделить:

несколько пластин (дисков), нанизанных на стержень (ось вращения);

головки чтения-записи;

кэш-память (до 8 Мбайт), которая хранит всю информацию о секторах и цилиндрах и предоставляет её при необходимости;

контроллер, - обеспечивает процесс записи-считывания данных;

В НЖМД несколько пластин (дисков) соединены общей осью. Размещение данных на пакете магнитных дисков показано на рис. 4.6.

Рис. . 4.6. Размещение данных на пакете магнитных дисков

Количество магнитных головок равно числу рабочих поверхностей на одном пакете дисков (рис. 4.6, а). Если пакет состоит из 6 дисков, то механизм доступа состоит из 5 держателей с двумя магнитными головками на каждом из них.

Поверхность каждого диска разбивается на круги, которые называются дорожками (track). Каждая дорожка имеет свой номер.

Совокупность дорожек, к которым имеется доступ при фиксированном положении блока головок, называется цилиндром, т.е. дорожки с одинаковыми номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют цилиндр.

Дорожки на диске разбиты на секторы (нумерация начинается с единицы). Один сектор вмещает 512 байт.

Держатели магнитных головок объединены в единый блок таким образом, чтобы обеспечить их синхронное перемещение вдоль всех цилиндров. Фиксируя блок механизма доступа на каком-либо из цилиндров, можно сделать переход с одной дорожки на другую данного цилиндра путем электронного переключения головок.

Секторы и дорожки образуются во время форматирования диска. Форматирование выполняет пользователь с помощью специальных программ. На неформатированный диск не может быть записана никакая информация.

Первый сектор жесткого диска содержит информацию о разделах («Partition Table»)- т.е. на сколько частей «разбит» жесткий диск, адрес начала и размер каждого раздела, а также какой из них является системным (с которого производится загрузка операционной системы). Всего на одном физическом НЖМД может быть один или два раздела: первый (Primary) и расширенный (Extended). Расширенный раздел может быть дополнительно «разбит» нa несколько логических дисков (Logical Drive).

Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, которая составляет для современных НЖМД 5 400 или 7 200, а в некоторых моделях НЖМД до 10000 оборотов в минуту.

Чтение и запись данных осуществляется блоком магнитных головок, которые не касаются поверхности диска и расположены над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

Любая операция чтения (записи) информации с (на) магнитного диска состоит из трех этапов. На первом этапе происходит механический подвод магнитной головки к дорожке, содержащей требуемые данные. На втором этапе обеспечивается ожидание момента, пока требуемая запись не окажется в зоне магнитной головки. На третьем этапе осуществляется собственно процесс обмена информацией между ЭВМ и магнитным диском

Размер НЖМД вычисляется путем перемножения нескольких величин:

V НЖМД = cyl x h x s x rs ,

где cyl – количество цилиндров;

h – число магнитных головок;

s – количество секторов;

rs – размер сектора в байтах.

Размер НЖМД современных ПК достиг в настоящее время (2009 г.) одного терабайта и видимо это не предел.

Жесткий диск герметично закрыт, потому что даже мельчайшие частицы пыли, попавшие между головкой и поверхностью диска, могут повредить его и привести к потере данных.

Заведения: учебное пособие / Ю.А.Самохин, Б.К.Пчелин, Н.Я.Пчелина, - 2-е... качестве учебного пособия для поступающих в высшие учебные заведения. Основы мобильной связи: учебное пособие / ...

Учебное пособие (14)

Учебное пособие

Беларусь в качестве учебного пособия для учащихся средних специальных учебных заведений электротехнических специальностей... и электроэнергии; рациональное исполь­зование электроэнергии. В учебном пособии значительное внимание уделено решению указанных...

Учебное пособие (37)

Учебное пособие

Теоретических положений, поскольку в процессе написания учебного пособия были использованы изданные в последнее время... и освоить формы самостоятельного контроля. Данное учебное пособие издается повторно, с дополнениями и изменениями. Оно...

учебных дисциплин сначала в Морской академии, а затем...

1. Фоули Р. Гоминиды как расселяющиеся животные
2. Богатенков Д.В. Палеодемография (пример одной работы)
3. Бужилова А.П. Сифилис в европе и колумб в америке: связаны ли эти события
4. Медникова М.Б. Эпохальная изменчивость размеров тела человека: мифы и реальность
5. Козловская М.В. Пищевые новации производящего хозяйства

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Все ЭВМ, за небольшим исключением, имеют общую принципиальную схему или, как говорят, архитектуру.

Архитектура определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ:

§ центрального процессора;

§ периферийных процессоров;

§ оперативного ЗУ (запоминающего устройства);

§ внешних ЗУ;

§ периферийных устройств.

В основу архитектуры ЭВМ положен модульно-магистральный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать её. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по 3-м многоразрядным шинам (многопроводные линии связи).

Принцип открытой архитектуры – это возможность постоянного усовершенствования компьютера IBM PC в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это даёт наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъёмы (слоты) на системной (материнской) плате.

Общая структура персонального компьютера

Любой компьютер содержит:

1) Арифметико-логическое устройство (АЛУ);

2) Запоминающее устройство (память);

3) Управляющее устройство;

4) Устройство ввода-вывода информации (УВВ) и имеет программу, хранимую в его памяти (архитектура Джона фон Неймана).

К базовой конфигурации (составу оборудования) относятся:

1. Системный блок;

2. Монитор;

3. Клавиатура;

Всё, без чего можно обойтись при основной работе

за компьютером, относится к периферийному оборудованию:

1. Принтер;

2. Сканер;

3. Модем;

4. Колонки

Устройство системного блока.

Системный блок изготавливается в форме параллелепипеда, который может устанавливаться горизонтально или вертикально. Если корпус системного блока имеет горизонтальную конструкцию, то его используют как подставку для монитора. При вертикальной конструкции корпуса монитор располагается рядом. В некоторых моделях системный блок и монитор объединены.

На передней панели корпуса системного блока располагаются кнопки включения системного блока и установки некоторых режимов работы.

POWER- кнопка включения системного блока. На некоторых моделях системных блоков эта кнопка спрятана на заднюю панель.

RESET- кнопка "холодного" перезапуска компьютера. Позволяет перезагрузить компьютер в критических ситуациях, например, при "зависании" программ.

TURBO – кнопка переключения тактовой частоты т.е. изменения быстродействия компьютера. Рядом с этой кнопкой находится световое табло, высвечивающее значение тактовой частоты. В некоторых случаях при работе с программами, написанными для устаревших моделей компьютеров, требуется более низкая частота, которая устанавливается переключением этой кнопки.

На передней панели системного блока находится дисковод для одного или двух гибких дисков.

В системном блоке расположены основные части компьютера, управляющие работой всех остальных устройств. Внутри системного блока находятся:

ú центральный процессор или микропроцессор, управляющий работой всего компьютера;

ú постоянная память, в которой хранятся универсальные программы, обеспечивающие функционирование компьютера, и не исчезающие, после его выключения;

ú оперативная память, в которой хранятся и выполняются программы и данные в то время, пока работает компьютер;

ú адаптеры и контроллеры, управляющие работой периферийных устройств;

ú коммуникационные порты, обеспечивающие связь данного персонального компьютера с периферийными устройствами и с другими персональными компьютерами;

ú блок питания, подающий напряжение от сети к различным устройствам компьютера;

ú накопители или дисководы для гибких магнитных дисков;

ú накопитель на жестком магнитном диске или винчестер.

1. Материнская (системная)плата – самая большая в ПК плата, на которой размещены процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память (RAM), кэш-память, элемент ROM-BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты, видеокарта, звуковая карта и другие устройства.

Указанные устройства подключаются к материнской плате через специальные разъёмы (слоты):

Общая производительность материнской платы определяется тактовой частотой и количеством (разрядностью) данных , обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

На материнской плате расположены:

1.1. Центральный процессор (центральное процессорное устройство – CPU) – мозг ЭВМ – основное устройство ПК, которое обрабатывает информацию, выполняют все вычисления и управляет работой компьютера.

Применительно к вычислительной технике под процессором понимают, обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды а также передавать и принимать информацию от других устройств.

Производство современных персональных компьютеров начались тогда, когда процессор был выполнен в виде отдельной микросхемы, выполняющей обработку информации.

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

Степенью интеграции;

Внутренней и внешней разрядностью обрабатываемые данных;

Тактовой частотой;

Памятью, к которой может адресоваться CPU.

Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов (самый простой элемент любой микросхемы) может поместиться на единице площади. Для процессора Pentium Intel эта величина составляет приблизительно 3 млн. на 3,5 кв.см, у Pentium Pro – 5 млн.

Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество битов он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций (в зависимости от поколения процессоров – от 8 до 32 битов).

Внешняя разрядность процессора определяет сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства (от 16 до 64 и более в современных процессорах). Тактовая частота определяет быстродействие процессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду и является самой важной характеристикой процессора, связанной с его быстродействием(измеряется в МГц). Для процессора различают внутреннюю (собственную) тактовую частоту процессора (с таким быстродействием могут выполняться внутренние простейшие операции) и внешнюю (определяет скорость передачи данных по внешней шине).

Количество адресов ОЗУ, доступное процессору, определяется разрядностью адресной шины.

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для IBM-совместимых компьютеров, невелико. В настоящее время известны: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument...

Фирма Intel является самым популярным производителем. _

Компания AMD является главным конкурентом Intel, т.к. производит около 80% процессоров с архитектурой IA32 (архитектура IA32 – Intel Architecture, 32-разрядная). Процессор Athlon – первый проект AMD, в котором она ото­шла от прямого копирования архитектур Intel и предложила рынку свой вариант платформы для PC. Процессор имеет кэш-­память объемом 128 Кбайт. Здесь реализован не только модуль ММХ, но и дополнительный набор инструкций, кото­рый обеспечивает более эффективную обработку графической информации. Фирма AMD создает и процессор Duron – конкурент процессора Celeron.

Кроме этих двух компаний, более простые и менее производи­тельные процессоры архитектуры IA32 выпускают также компании Rise и Centaur. Объем выпуска этих процессоров не велик – менее 1% рынка. Компьютеры Macintosh (настольные - iMac, PowerMac G4, PowerMac G4 Cube и ноут­буки - iBook, PowerBook G4) фирмы Apple существенно отличаются от IBM PC, хотя современному пользователю компьютера эти отличия и не очень заметны. В настоящее время в компьютерах Macintosh применяются два вида процессоров: G3, G4 компании Motorola и Power PC от IBM. Эти процессоры разрабатывались обеими фирмами совместно, ис­пользуя последние достижения технологии и учитывая опыт ис­пользования других процессоров. В результате получился очень эффективный процессор, который при равной частоте с процес­сорами Intel обеспечивает большую производительность. Но, пока частота работы процессоров G3, G4 и Power PC ниже.

1.2. Внутренняя память компьютера.

Память компьютера предназначена для хранения информации. В компьютере имеются два вида памяти: внутренняя и внешняя. Внутренняя память расположена в системном блоке. У компьютера есть три вида внутренней памяти: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), кэш-память и видеопамять.

1.2.1. Оперативная память (по-английски – Random Acces Memory или RAM, что переводится как "память с произвольной выборкой") - быстродействующая память ПК, хранящая информацию при включенном питании. Работа компьютера с пользовательскими программами начинается после того как данные будут считаны из внешней памяти в ОЗУ . Центральный процессор имеет доступ к данным, находящимся в оперативной памяти. ОЗУ работает синхронно с центральным процессором и имеет малое время доступа. Оперативная память сохраняет данные только при включенном питании. При выключении источника питания информация в ОЗУ не сохраняется (разрушается). Отключение питания приводит к необратимой потере данных, поэтому пользователю, работающему с большими массивами данных в течение длительного времени, рекомендуют периодически сохранять промежуточные результаты на внешнем носителе

Основой ОЗУ являются микросхемы памяти (chips), которые объединяются в блоки (банки) различной конфигурации. Для нормального функционирования системы большое значение имеет согласование быстродействия центрального процессора и ОЗУ. Оперативная память бывает: SIMM (Single In-Line Memory Module) и DIMM (Dual In-Line Memory Module).

Функции оперативной памяти:

ú приём информации от других устройств;

ú запоминание информации;

ú передача информации по запросу в другие устройства машины.

Объем оперативной памяти - один из важнейших параметров, опреде­ляющих скорость работы программных средств ПК. Необходимым объемом сегодня является 64 Мб и выше, однако, для эффективной работы новейшего ПО требования к объему оперативной памяти возрастают. Оперативная память выпускается модулями стандартных размеров по 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб и более. На материнской плате, как правило, есть не­сколько разъемов для модулей памяти, что предполагает возможность наращивания объема оперативной памяти.

Машины с процессором 286 имеют в среднем размер ОЗУ 1 – 2 Мб, 386 – 2–8 Мб, 486 – 8–16 Мб, Pentium и Р6 – 16– 2 Мб, Рentium 2 и Рentium 3 – 32 –128 Мб, Рentium4 – 64 – 256 Мб.

1.2.2. В постоянной памяти (ПЗУ-BIOS или CMOS Setup) – по-английски Read-Only Memory- ROM что означает "память только для чтения" – хранится программа BIOS (Basic Input/Output System), что переводится на русский язык как Базовая система ввода-вывода . Эта программа обеспечивает при включении компьютера тестирование его основных узлов и загрузку операционной системы. BIOS находится в постоянной памяти компьютера и недоступна произвольным действиям пользователя. Без этой программы не начнет своей работы ни один компьютер. Данные в ПЗУ занесены при изготовлении.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая КЭШ-память , которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью. Это сверхоперативная сверхскоростная промежуточная память. КЭШ устраняет простои процессора, так как скорость обмена процессора с КЭШ в несколько раз выше, чем с ОЗУ. Наличие КЭШ в 256 Кб может увеличить производительность ПК на 20%. Размер КЭШ-памяти составляет от 64 Кб до 512 Кб. В ней хранятся копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти.

Микропроцессоры Pentium Pro содержат кэш-память в едином корпусе с микропроцессором.

Энерго­независимая CMOS - память – CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semi­conductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора, хранят параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Это полупостоянная память.

Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера – SETUP .

Еще один вид памяти – видеопамять , т.е. память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение. Чаще всего её величина от 512Кб до 4 Мб для самых лучших ПК при реализации 16,7 млн. цветов. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера.

1.3 Видеоадаптер (графический адаптер) - плата, выполняющая вес опе­рации, связанные с управлением экраном (монитором) компьютера.

Характеристики:

· Разрешение , которое указывает на коли­чество точек на экране по горизонтали и вертикали для отображения информации. Стандартными значениями для разрешения являются 800x60 или 1024x768.

· Современные видеоадаптеры могут выполнять функции обработки изображений, для этого они имеют собственную видеопамять . Типовым объемом видеопамяти в настоящее время счита­ется объем от16 до 512 Мб.

1.4 Звуковая карта (саундбластер) – специальная плата, выполняющая операции по обра­ботке звука. К выходу саундбластера подключают колонки или наушники.. Для записи звука имеется разъем, позво­ляющий подключить микрофон.

Основной параметр – разрядность, определяющая количество битов, используемых для кодирования звука. Предпочтительным вариантом сегодня считает­ся 32-разрядная звуковая карта.

Системный блок представляет собой основной узел компьютера, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называются внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, внешними или периферийными. Внешними являются большинство устройств ввода-вывода и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Внутренними устройствами являются:

материнская плата;

центральный процессор;

оперативная память;

жесткий диск;

видеокарта;

звуковая карта (интегрированная в материнскую плату либо подключаемая через интерфейсы);

дисковод компакт-дисков;

На материнской плате размещены:

набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера;

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

постоянное запоминающее устройство - микросхема, предназначенная для хранения некоторых важных данных, когда компьютер выключен;

оперативное запоминающее устройство;

разъемы для подключения дополнительных устройств.

Центральный процессор -- электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Ранние ЦП создавались в виде уникальных составных частей для уникальных, и даже единственных в своём роде, компьютерных систем. Позднее от дорогостоящего способа разработки процессоров, предназначенных для выполнения одной единственной или нескольких узкоспециализированных программ, производители компьютеров перешли к серийному изготовлению типовых классов многоцелевых процессорных устройств. Тенденция к стандартизации компьютерных комплектующих зародилась в эпоху бурного развития полупроводниковых элементов, мейнфреймов и миникомпьютеров, а с появлением интегральных схем она стала ещё более популярной. Создание микросхем позволило ещё больше увеличить сложность ЦП с одновременным уменьшением их физических размеров. Стандартизация и миниатюризация процессоров привели к глубокому проникновению основанных на них цифровых устройств в повседневную жизнь человека. Современные процессоры можно найти не только в таких высокотехнологичных устройствах, как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже в детских игрушках. Чаще всего они представлены микроконтроллерами, где помимо вычислительного устройства на кристалле расположены дополнительные компоненты (память программ и данных, интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и др.). Современные вычислительные возможности микроконтроллера сравнимы с процессорами персональных ЭВМ десятилетней давности, а чаще даже значительно превосходят их показатели.

Оперативная память -- энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные данные программы процессора . Наиболее распространенные типы DIMM и SIMM .

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

непосредственно;

через сверхбыструю память 0-го уровня -- регистры в АЛУ , либо при наличии аппаратного кэша процессора -- через кэш.

Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. В режиме «гибернация» питание ОЗУ отключается. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае , перед отключением питания, записывают содержимого ОЗУ в специальный файл, расположенный обычно на жёстком диске, или раздел жёсткого диска . Например, в ОС Windows XP это файл hiberfil.sys, в ОС семейства Unix -- специальный swap-раздел ).

В общем случае, ОЗУ содержит программы и данные ОС и запущенные прикладные программы пользователя и данные этих программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер под управлением ОС.

Жесткий диск - основное устройство долговременного хранения больших объемов данных и программ. Это группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, жесткий диск имеет несколько рабочих поверхностей. Над каждой поверхностью располагается головка чтения/записи. При высоких скоростях вращения дисков в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте нескольких тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение ориентации ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. При считывании данных намагниченные частицы, проходя вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Возникающие при этом электрические сигналы усиливаются и обрабатываются. Управление работой жесткого диска выполняет специальное устройство - контроллер жесткого диска.

Твердотйльный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) -- компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Различают два вида твердотельных накопителей: основанных на оперативной памяти, и основанных на флэш-памяти.

В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности.

Существуют и так называемые гибридные жёсткие диски, появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления).

Для хранения данных, а также мультимедийной информации, используются компакт-диски (cd, dvd, blu-ray), которые вставляются в дисковод. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится как «постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска). Принцип действия компакт-диска состоит в изменении отражательной способности поверхности диска под действием лазерного луча. Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных.

DVD (Digital Versatile Disc -- цифровой многоцелевой диск) --носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.

Blu-ray Disc, BD -- формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e » была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент -- альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers , последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец очередной «войне форматов».

Видеокарта, электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.

Однако эта базовая функция, оставаясь нужной и востребованной, ушла в тень, перестав определять уровень возможностей формирования изображения - качество видеосигнала (чёткость изображения) очень мало связано с ценой и техническим уровнем современной видеокарты. В первую очередь, сейчас под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором -- графический ускоритель, который и занимается формированием самого графического образа. Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, все современные видеокарты Nvidia и AMD (ATi) осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP, PCI Express). Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты -- как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ; в этом случае устройство, строго говоря, не может быть названо видеокартой.

Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. sound card) -- дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека

Рассмотрим устройство персонального компьютера.

Настольный персональный компьютер минимальной конфигурации состоит из системного блока, монитора и клавиатуры. К системному блоку могут присоединяться другие устройства: манипуляторы, принтеры, сканеры, внешний модем или факс-модем. Устройства, подключаемые к системному блоку, называются внешними устройствами. Каждое из устройств подключается к специальному разъему на задней стенке системного блока. Эти разъемы называются порты. Каждый из портов в системном блоке соединяется с микросхемой, обслуживающей данное устройство. Эта микросхема называется контроллером (например, контроллер клавиатуры или жесткого диска) или адаптером , например, видеоадаптер, обслуживающий монитор.

Рис. Принципиальная схема устройства системного блока персонального компьютера.

В корпусе системного блока размещены материнская плата с процессором и оперативной памятью, блок питания, винчестер, дисковод гибких дисков, дисковод CD-ROM или CD RW, видеокарта, звуковая и сетевая карты, контроллеры различных устройств.

Материнская или системная плата – главный компонент, к которому подключены все элементы компьютера. На материнских платах первого поколения устанавливались процессор, шина, чипсет, оперативная память, BIOS, контроллеры, вспомогательные микросхемы, а также предусматривались позиции (слоты) для дополнительных устройств. Сейчас наиболее распространены материнские платы, содержащие в себе только основные узлы, а все остальные необходимые, но отсутствующие элементы (видеоадаптер, звуковая карта, модем и другие устройства) располагаются на других платах. Они подключаются к системной плате через слоты шин.

Процессор (CPU – Central Processor Unit – центральное процессорное устройство) – это основная микросхема, которая представляет собой арифметико-логическое устройство, управляющее работой компьютера и обработкой данных. Он находится внутри системного блока и установлен на материнской плате.

Главная характеристика процессора - быстродействие . Оно определяется средним количеством арифметических и логических операций, производимых в секунду. Операции, производимые процессором, разделены на такты . Такт – это элементарная операция процессора. Каждая операция – сложение, вычитание, сдвиг и т.д., может быть представлена как последовательность элементарных операций. Количество тактов, выполняемых за 1 секунду, определяет тактовую частоту процессора . Чем она больше для данного типа процессора, тем быстрее работает процессор.

Кроме тактовой частоты на быстродействие влияет тип процессора. Первые процессоры фирмы Intel имели числовую маркировку: 8086, 80286,80386,80486. Начиная с 1995, процессоры фирмы Intel имеют названия Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Используемые в современных ПК процессоры выпускаются также фирмами AMD и Cyrix (AMD аналогичны Cyrix). В каждом поколении процессоров одной фирмы операции выполняются с помощью все меньшего количества тактов, поэтому компьютеры, имеющие одну тактовую частоту, но принадлежащие к разным поколениям, будут иметь разное быстродействие: более поздняя реализация работает быстрее.

Кроме этого, на быстродействие процессора влияет размер его кэш-памяти. Кэш-память – это сверхоперативная память, доступ к которой осуществляется многократно быстрее, чем к оперативной памяти. Эта память служит для хранения наиболее часто используемых данных. Самая быстрая – это кэш-память первого уровня . Ее объем стандартен и составляет 32 Кбайт у Intel и до 64 Кбайт для AMD. Кэш-память второго уровня чуть менее быстрая, различается по объему от 128 Кбайт у Intel Celeron до 2 Мбайт у Intel Xeon и либо встраивается в кристалл процессора, либо устанавливается отдельно не материнской плате.

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства.

Шина, системная магистраль - микросхема, управляющая процессами ввода и вывода через внешние устройства.Так как процессор – очень высокопроизводительная микросхема, было бы нерационально заставить его управлять процессами ввода и вывода. Так как эти процессы выполняются куда менее производительными устройствами – жестким или гибким дисками, монитором и другими, при выполнении ввода и вывода процессор вынужден был бы простаивать в ожидании завершения операции. Поэтому процессор только дает команду на ввод или вывод, а далее процессом управляет шина. Она дает команду контроллеру или адаптеру соответствующего устройства и проводит поток данных. Внешние устройства подключаются к контроллеру через порт (см. ниже). Быстродействиешины характеризуется частотой шины . Оно существенно влияет на быстродействие всего компьютера. Существует также видеошина AGP - ускоренный графический порт, предназначенный для высокоскоростной передачи графических данных.

Чипсет (Chipset) - базовый набор микросхем, обеспечивающий обмен данными между устройствами. Главные части чипсета – это так называемые «мосты» - северный (North Bridge) и южный (South Bridge). Первый служит для связи процессора, оперативной памяти и (если есть) видеошины. Второй соединяет шину PCI с контроллерами внешних устройств.

Оперативная память (RAM – random access memory). Служит для хранения оперативной информации – программ и данных. Устанавливается на материнской плате. Основные характеристики – время доступа (измеряется в наносекундах), объем (измеряется в мега- или гигабайтах), и пропускная способность (измеряется в мегабайтах в секунду).

Виды оперативной памяти:

SRAM – статическая оперативная память используется, главным образом, в качестве кэш-памяти в силу высокой производительности.

DRAM – динамическая оперативная память используется в качестве оперативной памяти. Современные модификации: SDRAM , EDO DRAM , RDRAM , RDRAM . Подробнее о различных видах памяти читайте в специализированной литературе.

Дисководы являются накопителями – устройствами, предназначенными для долговременного хранения информации. К дисководам относятся НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках или FDD , винчестер – накопитель на жестком диске или HDD , а также привод CD-ROM , CD-R или CD-RW .

Винчестер - накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для долговременного хранения информации, необходимой пользователю для повседневной работы. На жестком диске хранятся все необходимые пользователю программы и архивы, которые могут понадобиться в ближайшее время.

Основные характеристики жесткого диска:

Емкость - о бъем информации, которую можно разместить на диске.

Скорость чтения и передачи данных - скорость чтения последовательных данных с диска.

Среднее время поиска, доступа к данным - время, необходимое для поиска указанного адреса на диске.

Скорость вращения диска. Малая скорость увеличивает время доступа к данным.

Размер кэш-памяти. Как и у процессора, у жесткого диска имеется кэш-память. Эта память играет роль буфера при работе с диском. Наиболее часто используемые области диска дублируются в кэш-памяти, поэтому доступ к ним ускоряется.

Рассмотрим устройства для работы с компакт-дисками.

CD-ROM служит для чтения компакт-дисков. Стандартный размер компакт-диска составляет около 650 Мбайт. Основная характеристика – скорость чтения (скорость вращения) определяет, во сколько раз скорость чтения и вращения больше, чем скорость вращения стандартного аудиодиска, считываемого со скоростью 150 Кбайт/сек. Поэтому маркировка 32х означает, что скорость считывания информации равна 4800 Кбайт/сек.

CD-R - д исковод, с помощью которого можно наносить постоянную информацию на одноразовые «болванки». Скорость записи у них отличается от скорости чтения и тоже выражается в кратных единицах.

CD-RW - дисковод, которым можно записывать как CD-R, так и CD-RW- диски с возможностью перезаписи. Принцип действия у них существенно отличается от CD-R . Эти дисководы имеют тройную маркировку, например, 24х10х40, где первое число – скорость записи CD-R, второе – скорость записи CD-RW, а третья – скорость чтения дисков.

Видеосистема - это монитор и видеокарта.

Монитор - это экран для отображения информации, главное устройство вывода. Виды мониторов: электронно-лучевой – на основе электронно-лучевой трубки, жидкокристаллический – на основе жидкокристаллических элементов, и плазменный – в нем изображение формирует плазма.

Характеристики мониторов:

§ Размер экрана . Измеряется в дюймах (1 дюйм »2,5 см) по диагонали. Минимальный рабочий размер – 14’’ (14 дюймов), но в настоящее время стандартным является размер 17’’.

§ Разрешение – это количество пикселей, размещающееся на экране по горизонтали и вертикали. Единицей графической информации на экране является 1 пиксель (pixel). Стандартные режимы разрешения 640х480, 800х600,1024х864 и так далее. Чем больше разрешение, тем меньше размер зерна на экране, тем четче графическое изображение. У современных мониторов стандартный размер зерна около 0,25 мм.

§ Частота развертки – это количество обновлений изображения в секунду, характеристика для электронно-лучевых дисплеев. Чем ниже частота развертки, тем больше заметны эти обновления. Частота развертки настраивается, ее можно увеличить или уменьшить. Характеристикой монитора является максимальная частота развертки – предел возможности монитора. Нормально работать можно с монитором, имеющем максимальную частоту развертки 85 Гц.

Видеокарта (видеоадаптер) – это плата, формирующая изображение и передающая его на монитор. Основные элементы видеоадаптера – ядро SVGA, 2-D ускоритель, 3-D ускоритель, видеопамять, набор интерфейсов и др. Ускорители служат для быстрой обработки и вывода, соответственно, двухмерной (2- D, 2-dimension) и трехмерной (3- D, 3-dimension) графики.

Клавиатура - стандартное устройство ручного ввода информации. Современные клавиатуры имеют 104-105 клавиш. Клавиши делятся на четыре группы: алфавитно-цифровые, функциональные, служебные и дополнительные. Поскольку без знания клавиатуры работа на компьютере совершенно невозможна, рассмотрим назначение клавиш более подробно.

Алфавитно-цифровые клавиши предназначены для ввода информации и команд, набираемых буквами. Каждая клавиша имеет верхний и нижний регистры, вследствие чего может использоваться для ввода нескольких различных символов. Переключение между нижним и верхним регистрами может быть фиксированное, осуществляется нажатием клавиши , или нефиксированное, осуществляется нажатием и удержанием при вводе символа клавиши . Функциональные клавиши от F1 до F12 выполняют различные функции, назначение которых в каждой конкретной программе разное. Только клавиша F1 почти всегда выполняет одну и ту же функцию - вызывает справочную систему.

Служебные клавиши располагаются слева и справа от алфавитно-цифровой клавиатуры и для удобства использования сдублированы. Познакомимся с их назначением:

самая важная клавиша – это , только после ее нажатия начинает выполняться набранная команда, а при вводе данных - они пересылаются в память;

клавиши не имеют самостоятельного значения и используются в сочетании с другими клавишами при формировании различных команд;

отменяет последнюю введенную команду;

служит для ввода позиций табуляции при наборе текста;

однократное нажатие клавиши стирает последний введенный с клавиатуры символ или символ слева от курсора, а клавиши - удаляет символ справа от курсора;

клавиши , и Выполняют различные функции в зависимости от действующей операционной системы, например, Выводит на принтер копию экрана в операционной системе MS-DOS, а в Windows сохраняет ее в буфере обмена;

Приостанавливает/прерывает текущий процесс;

справа от алфавитно-цифровой клавиатуры расположены клавиши управления перемещением курсора – это клавиши со стрелками, а также клавиши , , и ;

клавиши /Переводят курсор на одну страницу вверх/вниз, а / - в начало или конец текущей строки соответственно;

почти всегда переключает режим вставки/замены, но в некоторых программах может выполнять и другую функцию; включает режим ввода заглавных букв клавиатуры, о чем свидетельствует одноименный световой индикатор в правом верхнем углу клавиатуры;

клавиша предназначена для переключения дополнительной клавиатуры в режим ввода цифр;

цифровые клавиши дополнительной клавиатуры кроме своего основного назначения могут использоваться также для ввода символов отсутствующих на клавиатуре, но расширенный код ASCII которых известен. Например, если при нажатой клавише набрать код 0167, на экране появится символ §.

Мышь – манипулятор, представляющий собой плоскую коробочку с кнопками, перемещение которой по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок по объектам и элементам управления являются событиями для специальной системной программы – драйвера мыши, котораяанализирует эти события и, преобразовав их в данные, передает в программу, с которой в данный момент работает пользователь. Программа определяет соответствующую команду и выполняет ее. Взаимодействие монитора и мыши обеспечивает графический интерфейс . Для начала работы мыши после ее подключения требуется загрузка специальной системной программы – драйвера мыши , если он не установлен при загрузке операционной системы.

Программное обеспечение ПК.

Основная мощь современных вычислительных систем заключена в аппаратном обеспечении, но без программного обеспечения она не реализуется. Если Вы купили все аппаратные средства, но не установили никакого программного обеспечения, то толку от такого ПК меньше даже, чем от телевизора. Считать это «железо» компьютером невозможно. К счастью, теперь такого не бывает. Уже при покупке вам установят базовое программное обеспечение, а по вашему желанию и кое-что еще. Что же такое программное обеспечение?

По функциональному признаку программные средства можно разделить на базовое (системное ) программное обеспечение и прикладное .

Базовое (системное) программное обеспечение является неотъемлемой частью ПК также как аппаратное обеспечение. Без его наличия ПК работать вообще не может. В состав базового программного обеспечения входят:

§ Операционные системы;

§ Сервисные программы;

Рассмотрены основы информатики и описаны современные аппаратные средства персонального компьютера. Сформулированы подходы к определению основных понятий в области информатики и раскрыто их содержание. Дана классификация современных аппаратных средств персонального компьютера и приведены их основные характеристики. Все основные положения иллюстрированы примерами, в которых при решении конкретных задач используются соответствующие программные средства.

Книга:

5.2.1. Структурная организация персонального компьютера

Современные компьютеры массового применения – персональные компьютеры имеют достаточно сложную структуру, которая определяет взаимосвязь между аппаратными средствами в технической системе, называемой компьютером. В процессе эволюции аппаратных и программных средств изменялась и структура персонального компьютера, однако без изменений остались пока основные принципы его структурной организации, сформулированные выдающимся математиком, профессором Принстонского университета США Джоном фон Нейманом (1903–1957) и его коллегами в 1946 г.

Сущность этих принципов сводится к следующему:

Информация представляется (кодируется) и обрабатывается (выполняются вычислительные и логические операции) в двоичной системе счисления, информация разбивается на отдельные машинные слова, каждое из которых обрабатывается в компьютере как единое целое;

Машинные слова, представляющие данные (числа) и команды (определяют наименование задаваемых операций), различаются по способу использования, но не по способу кодирования;

Машинные слова размещаются и хранятся в ячейках памяти компьютера под своими номерами, называемыми адресами слов;

Последовательность команд (алгоритм) определяет наименование производимых операций и слова (операнды), над которыми производятся эти операции, при этом алгоритм, представленный в форме операторов машинных команд, называется программой;

Порядок выполнения команд однозначно задается программой.

Компьютерное представление информации в двоичной системе счисления (двоичном коде) упрощает и повышает надежность аппаратных средств компьютера, поскольку реализовать технические устройства с двумя устойчивыми состояниями, равными логической единице и нулю, гораздо проще, чем при использовании других систем счисления.

В соответствии с данными принципами Дж. фон Нейманом и его коллегами была реализована структура компьютера, которая в настоящее время носит название классической (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Классическая структура компьютера

В состав компьютера, приведенного на рис. 5.1 входят следующие структурные элементы и связи:

АЛУ (арифметико-логическое устройство) – выполняет арифметические и логические операции над информацией, представленной в двоичном коде, т. е. обеспечивает выполнение процедур по обработке данных;

УУ (устройство управления) – организует процесс выполнения программ;

ЗУ (запоминающее устройство) – предназначено для размещения и хранения последовательности команд (программ) и данных;

УВВ (устройства ввода-вывода) – обеспечивают ввод и вывод данных из компьютера для установления прямой и обратной связи между пользователем и компьютером;

Внутренние связи предназначены для обмена информацией между устройствами компьютера, они реализуются с помощью линий связей (электрических проводников), тонкими стрелками показаны линии, по которым передаются команды, а толстыми – данные.

Кратко опишем работу данного компьютера.

С помощью какого-либо устройства ввода в ЗУ вводится программа. УУ считывает содержимое ячейки памяти ЗУ, где находится первая команда, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических и логических операций над данными с помощью АЛУ, чтение из памяти данных для выполнения этих операций, вывод данных на устройство вывода и т. д. Затем выполняется вторая команда, третья и т. д. УУ выполняет инструкции программы автоматически.

Структура современных персональных компьютеров отличается от классической структуры компьютера. Перечислим ниже основные отличия (особенности) :

1) АЛУ и УУ объединены в единое устройство, называемое микропроцессором (МП, центральный процессор, реализованный на СБИС), кроме того, в состав МП входит ряд других устройств, предназначенных для хранения, записи, считывания и обмена информацией;

2) применение специализированных устройств – контроллеров, которым передается часть функций МП, связанная с обменом информации и управлением работой устройств для ввода и вывода (внешних устройств) информации, такая децентрализация позволяет повысить эффективность работы компьютера в целом за счет сокращения времени простоя МП;

3) вместо отдельных линий связи между устройствами используется системная магистраль с соответствующими устройствами сопряжения. Наличие системной магистрали в персональном компьютере позволяет осуществить обмен информацией между устройствами компьютера, уменьшить число линий связи, подключить различные дополнительные устройства через соответствующие разъемные соединения и т. д.

Таким образом, с учетом перечисленных особенностей персональный компьютер отвечает принципам открытой архитектуры, и его структура, в которую вошли основные устройства, приобретает вид, показанный на рис. 5.2. Данная структура была предложена фирмой IBM, поэтому персональные компьютеры, имеющие такую структуру, называются IBM – совместимые (IBM PC).

Рис. 5.2. Структура персонального компьютера:

МП – микропроцессор; ПП – постоянная память; ОП – оперативная память: ВК – видеоконтроллер; ПИ – последовательный интерфейс; И – интерфейсы других внешних устройств; К – контроллер; ЗК – звуковой контроллер: ИП – параллельный интерфейс; СА – сетевой адаптер; НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках; НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках; НОД – накопитель на оптических дисках; НМЛ – накопитель на магнитной ленте; ПУ – печатающее устройство; БП – блок питания и УО – устройства охлаждения.

На рис. 5.2 обоюдоострыми стрелками показаны шины, по которым обмен информацией между устройствами происходит в обоих направлениях.

Основные устройства, входящие в структуру стационарного персонального компьютера, группируют в блоки и устройства, которые имеют конструктивно законченный вид. Эти блоки определяют состав персонального компьютера и определяют меру полезности компьютера для пользователя.

В состав стационарного персонального компьютера входят:

Системный блок;

Внешние устройства.

В переносных, или мобильных, персональных компьютерах, как правило, системный блок и основная часть внешних устройств (клавиатура, монитор, мышь и т. д.) конструктивно представляют собой единое устройство.

К основным компонентам системного блока относятся: микропроцессор (МП), системная магистраль, устройства постоянной (ПП) и оперативной памяти (ОП), видеоконтроллер (ВК), звуковой контроллер (ЗК), контроллеры (К), устройства последовательного (ПИ), параллельного (ИП) и интерфейса (И) других внешних устройств, накопители на гибких (НГМД), жестких (НЖМД) и оптических дисках (НОД), накопитель на магнитной ленте (НМЛ), сетевой адаптер (СА), модем (встроенный), блок питания (БП) и устройства охлаждения (УО).

Указанные устройства устанавливаются в корпус системного блока на соответствующие посадочные места, конструктивные размеры которого стандартизированы и имеет форм-фактор AT и АТХ . Кроме того, корпус системного блока имеет обычно один из двух вариантов исполнения: настольный горизонтального типа (desktop) и настольный вертикального типа (tower). Соответственно вариант вертикального исполнения может иметь несколько модификаций: MiniTower, MidiTower, BigTower, SuperBigTower и File-Server . Отличаются они друг от друга числом отсеков для установки устройств формата 3,5 и 5 дюймов. В корпусе системного блока размещаются также блок питания и устройства охлаждения. Блок питания обеспечивает электропитание всех устройств системного блока и ряда внешних устройств и подключается к промышленной сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. В переносных персональных компьютерах электропитание обеспечивается за счет выносного блока питания, подключаемого к сети или к аккумуляторам, который обеспечивает автономную работу в течение 1,5–4 часов. В системном блоке размещены и устройства охлаждения, поскольку отдельные компоненты могут сильно нагреваться: блок питания, микропроцессор, видеоконтроллер (видеоадаптер) и т. д. В качестве охлаждающих устройств используются в основном радиаторы и вентиляторы (кулеры).