Устройства системного блока

Материнская плата

 

Материнская плата (mainboard, motherboard)— основная плата персонального компьютера.

 

На материнской плате разме­щаются:

 

· процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

· микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы;

· шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

· оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных в процессе работы компьютера.

· ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

 

Жесткий диск

 

Жесткий диск — основное устрой­ство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2 n поверхностей, где n —число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90-250 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. 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 прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков частично интегрированы в сам жесткий диск, а частично выполняются микросхемами, вхо­дящими в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высоко­производительных контроллеров жестких дисков по-прежнему могут поставляться на отдельной плате.

 

К основным параметрам жестких дисков относятся:

 

· емкость, которая зависит от технологии их изготовления. В настоящее время широко распространены диски емкостью 80, 120 и 160 Гбайт и производительность;

· производительность жёстких дисков меньше зависит от техно­логии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показа­тель скорости внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с), и потому их про­изводительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13—16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE; до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI и от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394 и Serial АТА.

 

Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин — 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 4-6 мкс.

 

Привод чтения оптических дисков

 

В настоящее время в стандартном мультимедиа набор входит устройство для чтения, записи и перезаписи оптических дисков. Наиболее распространенными являются устройства CD-RW, позволяющие работать с дисками в формате CD (диски емкостью до 700 Мбайт). Однако все большее распространение получают устройства DVD±RW, позволяющие работать с дисками в формате DVD (емкостью от 4,7 Гбайт). Все форматы хранения данных на оптических носителях имеют одну и туже концепцию

Прин­цип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверх­ности диска. Цифровая запись на компакт-диске отлича­ется от записи на магнитных дис­ках очень высокой плотностью.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому приводы для работы с оптическими дисками относят к аппаратным средствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на компакт-дисках, называют мультимедийными изданиями.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения музы­кальных компакт-дисков, составляющая в пересчете на данные 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью — 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производитель­ностью 48х-56х. Для заготовок, рассчитанных на однократную запись, скорость записи в соответствующих устройствах не уступает скорости чтения. Для загото­вок многократной записи скорость записи может составлять 12х-24х.

 

Видеокарта (видеоадаптер)

 

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального ком­пьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональ­ной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные о ярко­сти отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший назва­ние видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видео­картой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандар­тов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечива­ющие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью про­извольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640x480, 800x600,1024х768; 1280x1024 точек и далее).

Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, соответственно, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразбор­чивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зре­ния. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изоб­ражения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных эле­ментов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе.

Таким образом, для каждого размера монитора существует свое оптимальное раз­решение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер (табл. 1). При каче­ственном мониторе, хорошем зрении и ограниченном времени работы за компью­тером разрешение можно увеличить на одну ступень.

 

Таблица 1. Разрешение экрана монитора

 

Большинство современных прикладных и развлекательных программ рассчитано на работу с разрешением экрана 800x600 и более. Именно поэтому сегодня мини­мально приемлемый размер монитора составляет 15 дюймов. Для работы с доку­ментами, подготовленными для печати на стандартных листах бумаги формата А4, необходимо экранное разрешение не менее 1024x768 и, соответственно, размер монитора в 17 дюймов.

Для работы в Интернете параметр разрешения зависит от способа оформления Web-страниц. Современные Web-страницы рассчитаны на работу с разрешением экрана 1024x768, хотя многие приемлемо выглядят и при разрешении 800x600.

Для большинства прикладных программ оптимальным также является разреше­ние 1024x768 и более, хотя в случае необходимости программы, как правило, допус­кают настройку своих панелей управления, делающую возможной работу в разре­шении 800x600. Надо понимать, что при этом снижается производительность труда.

Таким образом, в настоящее время для работы с документами и службами Интер­нета наиболее приемлем размер ЭЛТ-монитора в 17 дюймов. Почти такое же изоб­ражение обеспечивает ЖК-монитор размером в 15 дюймов. Размеры экранов более 17 дюймов и разрешения выше, чем 1024х768г применяют при работе с компью­терной графикой, системами автоматизированного проектирования и системами компьютерной верстки изданий.

Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цвето­вое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установлен­ного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изоб­ражения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной.

В зависимости от заданного экранного разрешения и глубины цвета размер буфера кадра видеопамяти можно определить по следующей формуле:

,

где Р — необходимый объем памяти видеоадаптера; m — горизонтальное разрешение экрана (точек); n — вертикальное разрешение экрана (точек); b — разрядность кодирования цвета (бит).

Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день — 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color).Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн. цветов (режим True Color).

Работа в полноцветном режиме True Color с высоким экранным разрешением тре­бует значительных размеров видеопамяти. Современные видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения, снижая нагрузку на централь­ный процессор ценой дополнительных затрат видеопамяти. Объем видеопамяти, установленной на видеоадаптер, сегодня определяется не размером буфера кадра, а необходимостью выполнения подобных дополнительных операций, и обычно составляет 32-128 Мбайт.

Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппарат­ным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоус­корители обычно входят в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения). Несколько лет назад существовали и видеоускорители, которые поставлялись в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными програм­мами, использующими стандартный интерфейс (обычно офисного применения), и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компью­терных игр, и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графи­ческих операций. Все современные видеокарты обладают функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

 

Звуковая карта

 

Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персо­нального компьютера. Она устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработ­кой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая коли­чество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифро­вую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняш­него дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разряд­ные и 64-разрядные устройства.

В области воспроизведения звука наиболее сложно обстоит дело со стандартиза­цией. В отсутствие единых централизованных стандартов, стандартом де-факто стали устройства, совместимые с устройством SoundBlaster, торговая марка на кото­рое принадлежит компании Creative Labs,

В последнее время обработка звука рассматривается как относительно простая операция, которую, в связи с возросшей мощностью процессора, можно возложить и на него. В отсутствие повышенных требований к качеству звука можно исполь­зовать интегрированные звуковые системы, в которых функции обработки звука выполняются центральным процессором и микросхемами материнской платы. В этом случае колонки или иное устройство воспроизведения звука подключается к гнез­дам, установленным непосредственно на материнской плате.