Основные составляющие системного блока.

Государственная организация высшего профессионального образования

«Донецкий национальный университет экономики и торговли
имени Михаила Туган-Барановского»

 

Кафедра информационных систем и технологий управления

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

ИНФОРМАТИКА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

по базовой подготовке студентов

дневной и заочной форм обучения

 

 

Разработчики: к.э.н., доцент Шабельник Т.В.,

к.э.н., доцент Давидчук Н.Н.

 

 

Утверждено

на заседании кафедры

информационных систем и

технологий управления

протокол № 8

от 2 декабря 2015 года

 

Донецк – 2015
ТЕМА: Аппаратное обеспечение ПК.

Вопросы:

Основные составляющие системного блока.

Периферийные устройства ПК.

Конфигурация компьютера.

Основные составляющие системного блока.

 

Аппаратное обеспечение – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.

Персональный компьютер в своей базовой конфигурации состоит из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Также к компьютеру можно подключить разнообразные периферийные (внешние) устройства: принтер, сканер, графопостроитель (плоттер), модем, микрофон, акустика, веб-камера и т.д.

Системный блок – это основная деталь компьютера. Системный блок персонального компьютера содержит корпус и находящиеся в нем источник питания, материнскую(системную, или основную) плату с центральным процессором и оперативной памятью, различные накопители (жесткий диск, дисководы, приводы CD-ROM или DVD-ROM), платы расширения (графическая плата, звуковая плата, сетевая плата, модем), TV-тюнер, дополнительные устройства и.т.д. Для примера: множество специализированных компьютеров – серверов – не комплектуются ни мониторами, ни клавиатурами, ни мышами, они лишь выполняют свою основную функцию – вычисления, а доступ и управление ими осуществляется с помощью другого компьютера – удалённого терминала.

Блок питания (или источник питания) обычно смонтирован и поставляется вместе с корпусом системного блока, для которого он предназначен. Мощность источника питания компьютера должна полностью и даже с некоторым запасом обеспечивать энергопотребление всех подключенных к нему устройств. Чем больше устройств может быть установлено в системный блок, тем большую мощность должен иметь блок питания. В среднем мощность блоков питания варьирует от 350 до 400 ватт для настольных ПК.

На корпусе типового блока питания IBM PC-совместимого компьютера, как правило, расположены один или два охлаждающих вентилятора, сетевой выключатель (или соединитель для него), переключатель напряжения сети (на 220 и 110 В), общий сетевой разъем, сетевой разъем для подключения монитора, кабели питания с разъемами для системной платы и накопителей.

По вырабатываемым номиналам напряжения и конструктивным особенностям блоки питания делятся на блоки для AT-корпусов и блоки для ATX-корпусов. AT-блоки вырабатывают +5 В, -5 В, +12 В и -12 В постоянного тока, имеют механический выключатель и подключаются к материнской плате при помощи двух одинаковых шестиконтактных разъемов (при самостоятельном подключении их можно легко перепутать с самыми плачевными для материнской платы последствиями).

ATX-блоки, помимо перечисленных выше номиналов, вырабатывают также напряжение 3,3 В и подключаются к материнской плате через 20-контактный разъем, исключающий возможность неправильной установки. Кроме того, ATX-блоки, как правило, не имеют механического выключателя. Будучи подключенными к электрической сети, они находятся в состоянии пониженного энергопотребления (standby), из которого могут быть включены по нажатию электронного выключателя на корпусе, либо по программной команде в ответ на какое-либо внешнее событие. Например, это может быть команда по сети (эта функция называется wake on LAN) или телефонный звонок, принятый и обработанный модемом. Выключение в состояние standby также может быть выполнено программно.

Все кабели можно разделить на две большие группы: сигнальные кабели, предназначенные в основном для передачи информационных сигналов, и кабели питания (power cord), обеспечивающие только электропитание соответствующего устройства.

Соединители (разъемы) бывают двух видов: розетки (female) и вилки (male). Контактные выводы вилок выполнены обычно в виде штырьков, которые при соединении с однотипным разъемом (но уже розеткой) входят в соответствующие пазы ответных контактов. Контакты и в розетке, и в вилке могут быть также выполнены в виде плоских пружинных пластин.

Большинство используемых разъемов сконструированы таким образом, чтобы исключить возможность неправильного подключения. В тех случаях, когда возможны несколько вариантов подключения, контакты на разъемах обычно пронумерованы и подписаны. В плоских шлейфах провод, ведущий к обозначенному первым номером контакту, обычно выделен другим цветом (характерно для шлейфов IDE, FDD, SCSI).

Сетевые фильтры предназначены для эффективной защиты компьютера от импульсных и высокочастотных помех (скачков напряжения), приходящих из сети питания. Плавкий предохранитель отключает фильтр при коротком замыкании.

Источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены для питания компьютера в течение небольшого промежутка времени при отсутствии электроэнергии, для того чтобы можно было сохранить открытые документы и правильно завершить работу компьютера. Некоторые ИБП включают развитые функции управления электропитанием и обеспечивают упорядоченное отключение системы в случае длительного сбоя электропитания. Программа автоматически сохраняет открытые файлы, закрывает запущенные приложения и корректно завершает работу операционной системы, защищая от повреждений жесткий диск и данные.

Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата.

Материнская плата обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому. На ней размещаются микропроцессор; оперативная память; набор управляющих микросхем, или чипсетов(chipset); ПЗУ с системной BIOS(базовой системой ввода/вывода); слоты расширения; разъемы для подключения интерфейсных кабелей жестких дисков, дисководов; разъемы питания; разъемы последовательного (COM) и параллельного (LPT) портов; универсальной последовательной шины USB; разъем PS/2 для подключения клавиатуры и мыши и ряд других компонентов. На материнской плате также могут находиться микросхемы видеоадаптера, звуковой платы и сетевой карты.

Центральный процессор, или центральное процессорное устройство (ЦПУ) (англ. central processing unit – CPU) – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. ЦПУ устанавливается на материнской плате. На процессоре установлен большой радиатор, охлаждаемый вентилятором (cooler). Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: адресная шина, шина данных и командная шина.

Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены на сегодняшний день в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

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, хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

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. Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В. 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). Первые процессоры были 4-разрядными. Современные процессоры семейства Intel Pentium являются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).

Оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство). Существует два типа оперативной памяти – память с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory) и память, доступная только на чтение (ROM – Read Only Memory). Процессор ЭВМ может обмениваться данными с оперативной памятью с очень высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость доступа к другим носителям информации, например, дискам.

Оперативная память с произвольным доступом (RAM) служит для размещения программ, данных и промежуточных результатов вычислений в процессе работы компьютера. Данные могут выбираться из памяти в произвольном порядке, а не строго последовательно, как это имеет место, например, при работе с магнитной лентой.

Оперативная память – энергозависимая, т.е. данные в ней хранятся только до выключения ПК. Для долговременного хранения информации служат дискеты, винчестеры, компакт-диски и т.д.

Конструктивно элементы памяти выполнены в виде модулей, так что при желании можно сравнительно просто заменить их или установить дополнительные и тем самым изменить объем общей оперативной памяти компьютера. Емкость модулей памяти кратна степени числа 2: 128, 256, 512, 1 024 Mb.

Постоянное запоминающее устройство - память, доступная только на чтение (ROM), используется для постоянного размещения определенных программ, например, программы начальной загрузки ЭВМ – BIOS (basic input-output system – базовая система ввода-вывода). В процессе работы компьютера содержимое этой памяти не может быть изменено.

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск или винчестер (англ. Hard Disk Drive, HDD) – энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в жёсткий диск записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке воздуха, образуемой при быстром вращении дисков.

Название «винчестер» жёсткий диск получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 г. выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе диски и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30–30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30–30» предложил назвать этот диск «винчестером».

В Европе и Америке название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х гг.; в российском же компьютерном сленге название «винчестер» сохранилось, сократившись до слова «винт».

Основными характеристиками жестких дисков являются интерфейс подключения, ёмкость диска, скорость вращения шпинделя, физический размер жестких дисков.

Большая часть всех винчестеров производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 г. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых жестких дисков для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor, хорошо известная своими «умными» алгоритмами кэширования. В 2006 г. состоялось слияние Seagate и Maxtor.

Графическая плата (известна также как графическая карта, видеокарта, видеоадаптер) (англ. videocard) – устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.

Первый IBM PC не предусматривал возможности вывода графических изображений. Современный ПК позволяет выводить на экран двух- и трёхмерную графику и полноцветное видео.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём (ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express) для видеокарт на материнской плате, но бывает и встроенной.

Современная графическая плата состоит из следующих основных частей: графический процессор, видеоконтроллер и видеопамять.

Многие карты имеют видеовыход для подключения к телевизору и DVI для подключения жидкокристаллических мониторов, это позволяет превратить компьютер в домашний кинотеатр.

Основными производителями графических плат являются ATI Technologies, NVIDIA Corporation, Matrox, 3D Labs, 3dfx (приобретена NVidia), S3 Graphics, XGI Technology Inc. (приобретена ATI в 2006 г.).

Звуковая плата (также называемая звуковая карта, аудиоадаптер) используется для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов.

IBM PC проектировался не как мультимедийная машина, а инструмент для решения серьёзных научных и деловых задач, звуковая карта на нём не была предусмотрена и даже не запланирована. Единственный звук, который издавал компьютер, был звук встроенного динамика бипера, сообщавший о неисправностях.

Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки сигнала (например, 8 или 16 бит) определяет качество записи и, соответственно, воспроизведения. Так, 8-разрядное преобразование обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное – качество компакт-диска.

В настоящее время звуковые карты чаще бывают встроенными в материнскую плату, но выпускаются также и как отдельные платы расширения.

На материнскую плату звуковая плата устанавливается в слоты ISA (устаревший формат) или РСI (современный формат). Когда звуковая плата установлена, на задней панели корпуса компьютера появляются порты для подключения колонок, наушников, микрофона и т.д.

Основными производителями звуковых плат являются Creative Labs, Diamond Multimedia System Inc., ESS Technology, KYE Systems (Genius), Turtle Beach Systems, Yamaha Media Technology.

Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet card, NIC (англ. network interface card)) – печатная плата, позволяющая взаимодействовать компьютерам между собой посредством локальной сети.

Обычно сетевая плата идёт как отдельное устройство и вставляется в слоты расширения материнской платы (в основном – PCI, ранние модели использовали шину ISA). На современных материнских платах сетевой адаптер все чаще является встроенным, таким образом, покупать отдельную плату не нужно.

На сетевой плате имеются разъёмы для подключения кабеля витой пары и/или BNC-коннектор для коаксиального кабеля.

Сетевая карта относится к устройствам коммуникации (связи). Кроме нее к устройствам коммуникации относится модем. Скорость передачи данных устройствами коммуникации измеряется в битах в секунду (а также в Кбит/с и Мбит/с). Сетевая карта может обеспечить пропускную способность до 1 000 Мбит/с (1 Гбит/с).