Файл: Устройство персонального компьютера (Общие сведения о персональном компьютере).pdf

Содержание:

Введение

Современное общество невозможно представить без информационных технологий. Информационные технологии создаются не только для удобства человечества, но и для улучшения жизни людей. В XXI веке человечество развивает информационные технологии значительно быстрее, чем в предыдущем XX веке, который ознаменован созданием вычислительной машины, компьютеров, электронно-лучевой трубки и многого другого.

Причинами для интенсивного развития информационных технологий являются:

• развитие государств с экономической, политической, социальной и других сфер общественной жизни;
• увеличение интеллектуальных способностей человечества;
• нехватка различных способов получения информации, а также ресурсов развлечения и отдыха;
• улучшение жизни человечества в целом с помощью внедрения информационных технологий в разные социальные группы и классы.

Компьютеры и их производные устройства являются важнейшими средствами в современном мире, с помощью которых можно хранить и переносить информационные ресурсы. Такие средства представляют собой достаточно компактные устройства, для получения, хранения, обработки и защиты информации, которые позволяют развивать жизнь общества в целом.

Целью данной работы является изучение теоретических основ об устройстве персонального компьютера.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. рассмотреть структуру и виды компьютеров;
2. изучить состав системного блока;
3. выполнить обзор входных и выходных устройств компьютера, а также дополнительных устройств, расширяющих возможности персонального компьютера.

Глава 1. Общие сведения о персональном компьютере

1.1. Понятие персонального компьютера

Персональным компьютером (ПК) (Personal Computer, РС) называют электронную вычислительную машину (ЭВМ), рассчитанную на одного пользователя и управляемую одним человеком (рис. 1).

Рисунок 1. Основные составные части типичного ПК

□ – монитор

□ – материнская плата

□ – центральный процессор

□ – оперативная память

□ – карты расширений

□ –блок питания

□ – оптический привод

□ – жёсткий диск

□ – компьютерная мышь

□ – клавиатура

Несмотря на относительно невысокую стоимость и компактные размеры, современные ПК обладают достаточно высокой производительностью. Современный ПК вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.

Особенно широкую популярность ПК получили после 1995 года в связи с бурным развитием сети Internet. ПК более чем достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации, автоматизации учебного процесса, организации дистанционного обучения и досуга.

До недавнего времени среди ПК выделяли две условные категории: бытовые и профессиональные. Бытовые ПК характеризовались меньшей производительностью, но в них были предусмотрены специальные меры для работы со звуком и цветной графикой, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с наметившимся резким удешевлением ПК, границы между профессиональными ПК и бытовыми ПК в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых ПК зачастую используют высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные ПК, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых ПК.

В 1999 году в области ПК был принят международный сертификационный стандарт – спецификация РС99 (см. табл. 1), регламентирующий принципы классификации ПК, и описывающий минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. [1, 12, 14]

Таблица 1

Категории ПК по международному стандарту PC 99

1.2. Признаки ПК

В качестве основных отличительных признаков ПК можно отметить следующие:

1. Способ управления простой, наглядный, удобный, не требующий глубоких знаний в области вычислительной техники. Все технические средства (дисплей, клавиатура, манипулятор, печатающее устройство и т.д.), обеспечивающие взаимодействие человека и ЭВМ, сделаны так, чтобы на них безбоязненно мог работать даже ребенок. Общение человека и компьютера организованно в диалоговом режиме.
2. Разработано большое количество программных средств для различных областей применения. Это избавит пользователя от необходимости самому составлять программу на языке компьютера.
3. Малое энергопотребление.
4. Малогабаритные устройства внешней памяти большой емкости допускают замену одного накопителя другим. К таким устройствам можно отнести: накопители на гибких магнитных дисках и винчестерских дисках, кассетные магнитофон.
5. Относительно невысокая стоимость.
6. Благодаря малым габариту и массе, сравнимым с телевизором, для установки не требуется специальных приспособлений, достаточно место на рабочем столе.
7. Конструкция персонального компьютера, его внешнее оформление привлекательны по цвету и форме, удовлетворяют эргономическим показателям. Впервые за время развития вычислительной техники этот признак включен в качестве основного при определении целого класса ЭВМ.

Иногда к признакам ПК относят:

• процессор;
• накопитель;
• оперативная память;
• монитор;
• операционная система;
• прикладное программное обеспечение, в том числе компьютерные игры;
• ориентированность на индивидуальное использование. [3, 5, 7, 11]

Глава 2. Устройство персонального компьютера

2.1. Центральные устройства персонального компьютера

Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж микросхем и других компонентов компьютерной системы.

На материнской плате располагаются микросхемы чипсета, разъемы для подключения центрального процессора, оперативной памяти, дисковых устройств, графической платы, звуковой платы и дополнительных внешних устройств.

Чипсет

Чипсет (chipset) – набор микросхем материнской платы для обеспечения работы процессора с памятью и внешними устройствами.

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» обычно управляет взаимосвязью процессора, оперативной памяти и порта AGP.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции контроллера шины PCI, моста ISA — PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.

У современных материнских плат мосты соединены новой шиной повышенной производительности, а контроллер шины PCI находится в южном мосте вместе с контроллерами всех прочих устройств.

Центральный процессор

Процессор – специальная микросхема, которая выполняет операции по обработке информации в компьютере.

На небольшой кремниевой пластине размещены сотни миллионов транзисторов-переключателей и каналов передачи данных (см. рис. 2).

Рис. 2. Центральный процессор

От процессора в значительной степени зависит скорость работы ПК (лимитирующим фактором также может быть объем оперативной памяти).

Процессор имеет сложную архитектуру, свою высокоскоростную буферную память (кэш), использует специальные технологии обработки информации.

Принцип работы центрального процессора можно представить следующим образом. Информация для обработки под управлением блока предварительной выборки поступает из системной памяти через блок шины в кэш данных процессора, команды обработки информации – в командную кэш-память. Блок декодировки раскодирует команды, преобразуя их в двоичный код, который пересылается в управляющий блок и в кэш данных, давая им указание о том, как с полученной командой поступать дальше. Арифметическое логическое устройство выполняет готовые к исполнению команды и заносит результаты в блок регистров. Далее содержимое регистров передается в системную память или на внешние устройства.

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент  внутреннего умножения  тактовой  частоты и размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Подавляющее большинство современных процессоров являются 64-разрядными, но они полностью поддерживают архитектуру x86.

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня базовая частота материнской платы составляет 100–200 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты. Коэффициент внутреннего умножения в современных процессорах может достигать 10–20 и выше.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. 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.

Оперативная память

Оперативная память – один из основных компонентов компьютера, предназначенный для хранения информации (программ и обрабатываемых программами данных) во время исполнения программ на компьютере.

Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) — памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу.

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. 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.