 |
Устройство персонального компьютера
|
|
|
|
Обновление 12.11.15
Персональный компьютер (ПК) - это микро - ЭВМ универсального назначения, рассчитанная на работу с одним пользователем. К этому классу относят как простейшие игровые компьютеры, так и сверхсложные машины с мощным процессором и памятью большой емкости.
ПК состоит из трёх основных частей:
· системного блока;
· клавиатуры;
· дисплея (монитора).
Системный блок - это основной блок ПК, представляющий из себя металлический или пластмассовый корпус (case-кейс) вертикального или горизонтального расположения, в котором находятся важнейшие составные его части:
· блок питания, преобразующий переменное напряжение 220 вольт в постоянный ток низкого напряжения. Для питания процессора необходимо всего 2,9 - 5 вольт;
· материнская плата с центральным процессором;
· внутренняя память (оперативная и постоянная);
· накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер);
· - устройство для чтения информации с компакт- диска (CD – ROM);
· -устройство для записи информации на компакт-диск CD - Writer;
· контроллеры устройств;
· другие вспомогательные элементы (вентилятор, динамик, разъемы (порты) различных типов и т.д.).
На лицевой панели системного блока находятся:
· кнопка включения и выключения питания компьютера (POWER). Она обеспечивает «холодный» пуск компьютера;
· кнопка RESET («горячий» пуск или перезагрузка операционной системы компьютера);
Процессор, установленный на материнскую (системную) плату - основной рабочий элемент ЭВМ. Процессор осуществляет выполнение программ и управляет работой всех других устройств компьютера. Применительно к ПК чаще используется термин микропроцессор, который представляет собой микросхему, содержащую арифметическо-логическое устройство, устройство управления и другие элементы.
|
|
|
Если процессор управляет работой других вспомогательных процессоров (сопроцессоров), то речь идет о центральном микропроцессоре (CPU - Central Processing Unit). Сопроцессоры ориентированы на выполнение каких-либо специфических функций, например, математический сопроцессор (FPU-Floating Point Unit -процессор чисел с плавающей запятой) эффективно (в 100 и более раз быстрее, чем центральный процессор) обрабатывает числовые данные, записанные в формате с плавающей точкой; графический сопроцессор (craphics editor) эффективно выполняет геометрические построения и обработку графических изображений; сопроцессор ввода-вывода разгружает центральный процессор от многочисленных операций взаимодействия с периферийными устройствами.
Для увеличения производительности ПК на материнскую плату иногда устанавливают 2 процессора, которые обрабатывают информацию параллельно. Такие ПК имеют повышенную производительность и называются многопроцессорными вычислительными устройствами.
Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью), тактовой частотой и другими параметрами.
Тактовая частота определяет, сколько элементарных операций микропроцессор выполняет за одну секунду. Поэтому чем больше рабочая частота микропроцессора, тем быстрее ЭВМ выполняет программу. Тактовая частота современного микропроцессора 1-4 ГГц (1000-4000 миллионов герц в секунду).
В настоящее время наиболее распространены процессоры следующих фирм: Intel (65%), AMD (17%), Qualсomm (9,4%), Samsung (8,2%). Наиболее распространенными являются процессоры серии Pentium, Core i, Socket AM3+, Athlon II и др. Важными характеристиками микропроцессора являются также длина машинного слова, набор команд, количество ядер.
Большинство микропроцессоров имеют одну и туже (или слабоварирующуюся) систему команд.
Полный набор команд процессора называется машинным языком или системой команд. Команды предусматривают арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещения данных.
|
|
|
Машинное слово- величина, измеряемая в битах, равна разрядности регистров процессора или разрядности шины данных. У современных компьютеров длина слова равна 32 и даже 64 битам. Увеличение длины слова позволяет увеличивать оперативную память компьютера и работать с большими целыми числами.
Процессоры могут быть одноядерными (Single Core) и многоядерными, (multi-core), т.е. содержать два, четыре, восемь и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле. Известно, что производительность одноядерных процессоров резко снижается, если одновременно выполняется две и более задачи.
Двуядерные процессоры (Dual Core) снабжены двумя ядрами, т.е. работают как два процессора, соединенных в один. Производительность таких процессоров снижается в меньшей степени по сравнению с одноядерными, если приходится решать несколько задач одновременно. Количество ядер процессора может доходить до 16 и более. Однако не следует думать, что производительность компьютера прямо пропорциональна количеству ядер процессора.
Процессор установлен на системную (System Board) или на материнскую плату (Mother Board), которая является главной частью современного компьютера. Ведущие производители материнских плат фирмы: GIGABYTE technology Co. Ltd (Тайвань); ASUSTEK Cоmputer Inc., (Тайвань); Intel Corporation, (США) и др.
На материнской плате установлены следующие компоненты ПК:
· процессор(ы);
· сопроцессор(ы);
· память постоянная;
· память оперативная;
· кэш- память;
· интерфейсные схемы (карты) и разъемы шин расширения ввода/вывода;
· кварцевый генератор синхронизации;
· дополнительные стабилизаторы напряжения питания процессора;
· контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков;
· графический адаптер;
· аудиоканал;
· адаптеры CОМ- и LPT-портов и т.д.;
· другие электронные компоненты.
Системная шина - устройство передачи сигналов, к которому подключены компоненты вычислительной машины. Шина входит в состав материнской платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором, оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера: клавиатуры, монитора, дисков.
|
|
|
С появлением процессора Pentium была разработана системная шина PCI (Peripheral Component Interconnect local bus - шина соединения локальных компонентов), а с появлением процессоров Pentium II и Pentium III все чаще используется шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), которая на сегодняшний день является наиболее быстрой и перспективной.
Интерфейсные карты и шины расширения ввода/вывода позволяют расширить функциональные возможности ПК. Шины расширения реализованы в виде слотов.
Кварцевый генератор синхронизации - основной тактовый генератор системной платы, вырабатывающий импульсы опорной частоты, которые используются для синхронизации работы процессора, системной шины и шин ввода вывода. Одна из стандартных частот современного генератора синхронизации 66,6 МГц.
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.
|
|
|
