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

Содержание:

Введение

В современной жизни компьютерные технологии получили широкое распространение. Компьютеры используются дома для развлечений и для работы, в офисе, в магазинах, на производстве – они настолько прочно вошли в повседневную жизнь любого человека, упростили не только рабочий процесс, но и стали неотъемлемой частью некоторых профессий, что помыслить наше нынешнее существование без компьютеров совершенно не представляется возможным.

В середине прошлого века, когда начали появляться первые компьютеры, они не применялись повсеместно и разительно отличались от тех компьютеров, которые мы привыкли видеть каждый день. Информационные технологии непрерывно развиваются, и благодаря этому стало возможным для каждого человека обзавестись своим собственным домашним компьютером, который пригоден для совершенно различных видов деятельности, будь то обучение в институте, переписка с друзьями из других стран или просмотр фильмов и увлечение компьютерными играми. В этом веке каждый ребенок с детства знает, что такое компьютер и умеет им пользоваться. Этому необходимо обучать с самого детства, поскольку нынешний век неотрывно связан с компьютерами и информационными технологиями в целом.

Обеспечение рабочих мест сотрудников организаций персональными компьютерами значительно улучшило и упростило рабочий процесс. Те вещи, которые раньше приходилось делать своими собственными руками, теперь стали автоматизированы. Для людей многих профессий компьютеры являются незаменимыми помощниками – для врачей, например, инженеров, дизайнеров. Как было сказано выше, некоторые профессии неотрывно связаны с компьютерами.

Также, благодаря компьютерам, стало возможным практически полностью автоматизировать производства, реализовать многие проекты, ускорить и сделать более продуктивным процесс обучения и т.д.

В этой работе мы рассмотрим устройство персонального компьютера, его аппаратное и программное обеспечения, узнаем, как собрать компьютер самостоятельно, а также ознакомимся с охраной труда и охраной окружающей среды. Программное и аппаратное обеспечения компьютера работают взаимосвязано и в непрерывном взаимодействии. Любое аппаратное устройство управляется программно. Последняя глава не менее важна, чем предыдущие, поскольку повсеместное распространение затрагивает вопросы охраны окружающей среды в связи с их производством, эксплуатацией и утилизацией.

1. Аппаратное обеспечение персонального компьютера

Аппаратное обеспечение или аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо» ^[1] − это совокупность технических средств (электронных и механических устройств), которые обеспечивают нормальное функционирование каких-либо электронных систем, например, персональных компьютеров, а также расширяют их основные функции.

Существует так называемая базовая конфигурация персонального компьютера. Это необходимый минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации меняется, но чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:

1. Системный блок
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Мышь

К аппаратному обеспечению персональных компьютеров относятся:

1. Центральный процессор
2. Кулер
3. Материнская плата
4. Оперативная память
5. Жесткий диск
6. Видеокарта
7. Звуковая карта
8. Сетевая карта
9. Устройства чтения дисков
10. Блок питания
11. Периферийные устройства

Центральный процессор, кулер, материнская плата, оперативная память, жесткий диск, видео/звуковая/сетевая карты, устройства чтения дисков и блок питания находятся в корпусе и образуют совместно системный блок компьютера.

Рассмотрим подробно каждое из комплектующих.

1.1. Центральный процессор

Центральный процессор или микропроцессор – это основная микросхема персонального компьютера, которая управляет всем вычислительным процессом, а также координирует работу других устройств. В состав процессора входят:

• устройство управления, вырабатывающее распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд,
• арифметико-логическое управление (АЛУ), выполняющее основную работу по обработке информации, хранимой в оперативной памяти,
• кэш (сверхоперативная память), используемый процессором для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти.

Рисунок 1. Центральный процессор

Главными характеристиками процессора являются тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса, используемого при производстве, и архитектура.

1.2. Кулер

Кулер (от англ. cooler – охладитель) – название системы воздушного охлаждения. Кулеры устанавливаются преимущественно на центральный и графический процессоры.

Современные высокопроизводительные процессоры выделяют большое количество тепла и требуют серьезной системы охлаждения.

Те компьютерные комплектующие, на которые не представляется возможным установить кулер, охлаждаются принудительно за счет обдува вентилятором.

Рисунок 2. Процессорный кулер

1.3. Материнская плата

Материнская (системная) плата – это основная и самая большая плата персонального компьютера. Ее компоненты мы рассмотрим более подробно. В составе основных несъемных частей материнская плата имеет:

Рисунок 3. Материнская плата

1. Разъем центрального процессора – гнездовой или щелевой разъем (гнездо), в который устанавливается процессор. Выпускаются материнские платы с процессорами, припаянными к ним напрямую, но использование разъема значительно упрощает замену процессора для модернизации или ремонта, а также существенно снижает стоимость материнской платы.
2. Разъемы оперативной памяти.
3. Микросхемы чипсета:
   1. Северный мост – контроллер, отвечающий за работу центрального процессора с оперативной памятью и видеоадаптером.

Рисунок 4. Схема материнской платы

• 1. Южный мост – контроллер-концентратор ввода-вывода.

1. Загрузочное ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) – BIOS (basic input/output system – базовая система ввода-вывода) – набор микропрограмм, реализующих API^[2] для работы с аппаратурой компьютера и подключенными к нему устройствами.
2. Контроллеры шин и их слоты расширения.
3. Контроллеры и интерфейсы периферийных устройств.

Материнская плата вместе с сопряженными устройствами монтируется внутри корпуса вместе с блоком питания и системой охлаждения, формируя в совокупности системный блок компьютера. Для установки материнской платы в корпус, она должна иметь тот же форм-фактор, что и корпус. Форм-фактор материнской платы – это стандарт, который определяет ее размеры для корпуса, места ее крепления к шасси, а также расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, разъема процессора, слотов оперативной памяти и тип разъема для подключения блока питания.

1.4. Оперативная память

Оперативная память или ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) – быстрое запоминающее устройство, связанное с процессором и предназначенное для временного хранения команд и данных с последующей передачей их процессору для обработки.

Модуль оперативной памяти (Рисунок 5. Модуль оперативной памяти) представляет собой микросхему небольшого размера, выполненную в виде планки, которая устанавливается в специальные слоты на материнской плате.

Рисунок 5. Модуль оперативной памяти

Память состоит из ячеек, способных хранить информацию. Ячейка памяти – это вместилище порции информации в памяти компьютера, доступной для обработки отдельной командой. Количество информации, записываемое или извлекаемое из памяти за одной обращение, называется машинным словом.

Оперативная память энергозависима, она может хранить информацию только при включенном компьютере.

В процессе эволюции оперативной памяти менялась ее форма, а также положение и принципы взаимодействия чипов. Каждая такая конфигурация называется типом оперативной памяти. К устаревшим ныне типам памяти относятся SIMM, DIMM, DDR (Double Data Rate) и DDR2, но последний еще достаточно широко используется при сборке персональных компьютеров. Актуальные на сегодня типы ОЗУ – DDR3 и DDR4. Эти планки оперативной памяти имеют гораздо более лучшую производительность по сравнению с устаревшими моделями и значительно уменьшенное энергопотребление.

1.5. Жесткий диск

Поскольку оперативная память энергозависима и очищается при выключении компьютера, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. Жесткий диск, винчестер или накопитель на жестких магнитных дисках (hard (magnetic) disc drive) – устройство долговременного хранения информации произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Жесткий диск и является таким основным накопителем информации на большинстве современных компьютеров.

Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.

Рисунок 6. Жесткий диск

Одной из важных характеристик жестких дисков является емкость. С момента создания таких накопителей в результате непрерывного совершенствования технологии записи их максимально возможная емкость непрерывно увеличивается. Первые жесткие диски имели емкость размеров в несколько десятков мегабайт, на сегодняшний день размер их памяти составляет до 16 терабайт (это самый большой по объему из имеющихся на данный момент винчестеров). Для сравнения: самый первый жесткий диск, созданный компанией IBM, имел емкость всего 5 мегабайт.

1.6. Видеокарта

Видеокарта или видеоадаптер (графический адаптер) – это устройство, которое преобразует графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера или самого адаптера в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Совместно с монитором видеокарта образует видеосистему компьютера.

Обычно видеокарта выполнена в виде платы расширения (Рисунок 7. Видеокарта) и вставляется в разъем расширения на материнской плате. Однако распространены видеокарты, интегрированные в системную плату – в виде отдельного чипа или в качестве составляющей части северного моста чипсета или центрального процессора. Такие устройства слишком маломощные для работы с графическими программами или играми и не могут называться видеокартой в полном смысле этого слова.

Рисунок 7. Видеокарта

1.7. Звуковая карта

Звуковая карта (звуковая плата или аудиокарта) – это дополнительное оборудование персонального компьютера, которое выполняет операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через колонки или наушники, подключаемые к выходу звуковой карты. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона.

Рисунок 8. Звуковая карта

На момент своего появления компьютеры, которые считались исключительно офисной техникой, обходились без звуковых устройств. Первые звуковые карты представляли собой отдельные платы расширения, устанавливаемые в разъем на материнской плате (Рисунок 8. Звуковая карта). В современных материнских платах аудиокарты представлены в виде интегрированного аппаратного кодека.

1.8. Сетевая карта

Сетевая карта или Ethernet-адаптер – дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими компьютерами в сети.

Рисунок 9. Сетевая карта

В настоящее время в персональных компьютерах контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой карты, для удобства интегрированы в материнские платы. Это в числе прочего позволяет снизить стоимость компьютера.