Персональный компьютер

Персональный компьютер – универсальная техническая система.
Его конфигурация может быть изменена по мере необходимости.
Тем не менее, существует понятие официальной конфигурации. В таком комплекте компьютер обычно доступен.
Понятие кредитной конфигурации может меняться.
В настоящее время в документации указаны четыре устройства:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• мышь.

В дополнение к компьютерной конфигурации все большее распространение получают мультимедийные компьютеры, позволяющие читать компакт-диски, колонки и микрофон.

СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и хранения данных, также называют периферийными.

КАК УСТРОЕН СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Формованный корпус.

Корпуса персональных компьютеров выпускаются в горизонтальном (настольном) и вертикальном (башенном) исполнении.

Корпуса, имеют вертикальное исполнение, различаются по габаритам:

• полноразмерный (большая башня);
• среднеразмерный (миди башня);
• малоразмерный (мини башня).

Среди корпусов имеется горизонтальное исполнение, плоские и особо плоские (тонкие).

Модификация компьютера.

Корпус мини башни.

Он имеет небольшие габариты, он удобно расположен как на рабочем столе, так и на тумбочке рядом с рабочим столом или на специальном держателе.

Он имеет достаточно места для расширения.

Кроме требований, предъявляемых к корпусу.

В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: АТ и АТХ.

Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с формально-главной платформой компьютера, так называемой материнской платой.

Таким образом, мощность блока питания является одним из параметров корпуса.

Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.

В системный блок входит (вмещается):

• Материнская плата
• Процессор
• Шинные интерфейсы материнской платы
• Оперативная память
• Микросхема ПЗУ и система BIOS
• Энергонезависимая память CMOS
• Жесткий диск
• Дисковод гибких дисков
• Дисковод компакт-дисков CD-ROM

МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА

Материнская плата (материнская плата) – основная плата персонального компьютера, представляющая собой лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой.

Путем травления фольги получают тонкие медные проводники соединяющие электронные компоненты.

На материнской плате размещаются:

• процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
• шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенный для временного хранения данных, когда компьютер включен;
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для доступа к данным;
• микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

ПРОЦЕССОР

Процессор  (микропроцессор, центральный процессор, CPU) – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.

Он представляет из себя большую микросхему, которую можно легко найти на материнской плате. На процессоре устанавливается большой медный ребристый радиатор, охлаждаемый вентилятором.

Конструктивно процессор состоит из ячеек.

Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Также необходимо отметить, что данные были получены от других регистраторов.

Есть возможность изменить исполнение команд. Таким образом, можно управлять обработанной информацией.

На этом и основано исполнение программ.

Процессор подключен к группам проводников, называемых шинами.

Основы шин: командная шина.

АДРЕСНАЯ ШИНА

У процессоров Intel Pentium (это наиболее распространенные в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, которая состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, что есть напряжение на этой линии или нет. Комбинация из 32 ячеек оперативной памяти. Подключен процессор для записи данных.

ШИНА ДАННЫХ

Копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютере, собранном на базе процессоров Intel Pentium, 64-разрядная версия состоит из 64 строк.

ШИНА КОМАНД

Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора.

Он пытается интерпретировать данные в виде команд.

Приводит в действие процессор над данными.

Основными параметрами процессоров являются:

• рабочее напряжение
• разрядность
• рабочая тактовая частота
• коэффициент внутренней умножения тактовой частоты
• размер кэш памяти

Процессоры соответствуют различным материнским платам (их нужно выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистраторах.

В основе работы лежит тот же тактический принцип. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов.

В настенных часах тактика колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; Для этого есть колебательный контур.

В персональном компьютере тактические импульсы задаются одним из микросхем, входящий в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате.

Это может привести к тому, что он получит высокую производительность.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее.

Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш память.Это как бы «сверхоперативная память».

Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память.

Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш память.

«Удачные» обращения в кэш память называют попаданиями в кэш.

Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш памяти.

Нередко кэш память распределяют по нескольким уровням.

Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт.

Процессор второго уровня находится либо в кристалле, либо в процессоре, хотя и исполняется на отдельном кристалле.

Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня работает на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещается на материнской платформе рядом с процессором. Она работает на частоте материнской платы.

ШИННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ

В микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета) установлены материнские платы.

От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

ШИННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

ISA (отраслевая стандартная архитектура) – устаревшая системная шина IBM PC-совместимых компьютеров.

EISA (Расширенная архитектура промышленного стандарта) – Расширение стандарта ISA. Отличается увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт / с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим.

PCI (Peripheral Component Interconnect – дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) – шина ввода / вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

AGP (ускоренный графический порт – ускоренный графический порт) – разработанная в 1997 году компания Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Разработчикам было предложено увеличить производительность и уменьшить стоимость видеокарты.

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль) – Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1.5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и тому подобное, этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в высшей степени соответствуют свойствам и функциям материнской платы.

В настоящее время большинство чипсетов выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» управляет взаимосвязанными устройствами: процессор, оперативная память, порт AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. ISA – PCI, клавиатура, мышь, шины, USB и тому подобное

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Оперативная память (RAM – Оперативная память) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

Существует множество различных типов оперативной памяти, а также различаются динамическая память (DRAM) и статическая память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов.

Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.

Недостатки этого типа связаны с тем, что заряды, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы.

Это связано с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро.

Если оперативная память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунд.

Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов.

В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

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.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес.

В одной ячейке можно сохранить восемь двоичных ячеек.

Таким образом, можно выразить четырьмя байтами.

Оперативная память на компьютере размещается на стандартных панелях, называемых модулями.

Модули оперативной памяти вставлены в разъем на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).

Основными алгоритмами оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Время доступа показывает, чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).

МИКРОСХЕМА ПЗУ И СИСТЕМА BIOS

В момент включения компьютера в оперативную память ничего не требуется, так как оперативная память не может быть сохранена без подзарядки в течение сотен долей секунд.

Процессор запускается по адресу.

Это происходит аппаратно, без участия программ.

Команда начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память.

Он указывает на другое тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Микросхема позволяет хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – они записывают туда на стадии изготовления микросхемы.

Базовая система ввода-вывода (BIOS – базовая система ввода-вывода).

Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Программы, входящие в BIOS, позволяют нам запускать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера.

ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМАЯ ПАМЯТЬ CMOS

Работа с такими стандартными устройствами, как клавиатура, может обслуживать программы, входящие в BIOS.

Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков.

В BIOS должны быть указаны нужные параметры.

По очевидным причинам их нельзя хранить в оперативной памяти.

Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS.

Она отличается тем, что данные в ней можно занимать и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Эта микросхема постоянно подпитывается от небольших батарей, расположенных на материнской плате.

Этим микросхемам не хватает данных, даже если компьютер не будет включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы.

Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования из микросхем CMOS, после чего они могут выполнять требования к жестким дискуссиям, и в случае необходимости и передавать управление тем программам, которые там записаны.

ЖЕСТКИЙ ДИСК

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших данных и программ.

На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющая магнитное покрытие и вращающиеся с высокой скоростью.

Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть на обычном плоском диске, а 2n поверхности, где n – число отдельных дисков в группе.

На каждой поверхности находится головка, предназначенная для чтения-записи данных.

При высоких скоростях вращения дисков (90 об / с) между головкой и экраном образуется аэродинамическая подушка, а головка находится над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметров.

При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска.Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке.

Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции.

Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на платформе.

Ключевым параметром жестких дисков является емкость и производительность.

ДИСКОВОД ГИБКИХ ДИСКОВ

Диск может быть сохранен годами, однако иногда требуется, чтобы она была на другом компьютере.

Несмотря на свое собственное название, жесткий диск – это весьма чувствительный к перегрузкам, ударам и толчкам.

Теоретически, переносить информацию можно только с помощью жесткого диска.

Для оперативного переноса небольших количеств информации используются так называемые гибкие магнитные диски (диски), которые вставляются в специальный накопитель – дисковод.

Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока.

Начиная с 1984 года, выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт).

В наши дни диски размером 5,25 дюйма не были использованы.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года.

Сейчас стандартными считаются диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами HD (высокая плотность – высокая плотность).

Гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывает шпинделем дисков.

Грязь и пыль.

Если на гибком диске записаны данные, то его можно защитить от стирания и перезаписи, чтобы образовалось открытое отверстие.

Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации.

Плотность, грязь, температура, перепад температур и электромагнитные поля очень часто приводят к частым или полным утратам данных, хранившимся на гибком диске.

Недостаточно использовать гибкие диски.

Их используют только для передачи информации или в качестве дополнительных средств хранения.

ДИСКОВОД КОМПАКТ-ДИСКОВ CD-ROM

Аббревиатура CD-ROM (Компакт-диск только для чтения).

Принцип действия этого устройства состоит в том, что с помощью лазерного луча отражается от поверхности диска.

Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить около 650 Мбайт данных.

Поэтому дисководы CD-ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа.

Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями.

Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других возможных видов изданий.

Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов является компакт-диск, а также многократной записи CD-RW.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных.

CD-ROM с производительностью 32х-50х. Современные образцы устройств имеют производительность 4х-8х, а устройство многократной записи – до 4х.