Допоміжні (сервісні) блоки і вузли

Технічні пристрої комп’ютера. Пам’ять комп’ютера. Правила підготовки комп’ютера до роботи. Техніка безпеки при роботі на ЕОМ.

Персональні комп'ютери є найрозповсюдженішими комп'ютерами, їх потужність постійно зростає, а сфера застосування постійно розширю­ється. Причинами такого стрімкого росту є:

• простота використання;

• можливість індивідуальної взаємодії з комп'ютером без посередників та обмежень;

• відносно високі можливості переробки інформації;

• висока надійність та простота ремонту, що базуються на інтеграції компонентів комп'ютера;

Наявність програмного забезпечення, яке охоплює практично всі сфе­ри людської діяльності.

Персональні комп'ютери можуть об'єднуватися в мережі, що дозво­ляє багатьом користувачам легко обмінюватися інформацією.

Незважаючи на те, що існують комп'ютери різного класу і різного призначення, їх основні компоненти і принципи компонування несуттє­во відрізняються між собою. Тому компоненти комп'ютера надалі буде­мо розглядати стосовно IBM-сумісних ПК. У них закладена можливість вдосконалення його окремих частин та використання нових пристроїв. Фірма IBM забезпечила можливість збирання IBM PC із незалежно ви­готовлених частин аналогічно дитячому конструктору. Фактично IBM PC став стандартом персонального комп'ютера. Зараз такі комп'ютери складають більшість з усіх персональних комп'ютерів, що виробляються у світі.

На основній електронній платі комп'ютера IBM PC (системній, або материнській, платі) розміщені тіль­ки ті блоки, які здійснюють обробку інформації (обчислення). Схеми, що керують рештою пристроїв комп'ютера - монітором, дисками, принтера­ми тощо, реалізовані на окремих платах. До цих електронних схем підво­диться електроживлення з єдиного блока живлення, а для зручності та на­дійності все це розміщується в загальному корпусі - системному блоці.

Завдяки відкритій архітектурі IBM PC користувачі можуть самостій­но розширювати можливості своїх комп'ютерів, під'єднуючи відповідні пристрої у вільні розняття на системному блоці.

Функціонування комп'ютера потребує такого мінімального набору пристроїв:

- материнська плата (motherboard);

- центральний процесор (processor);

- пам'ять (storage);

- стандартний пристрій виведення - дисплей (display) чи монітор (monitor);

- пристрій, що з'єднує дисплей з комп'ютером - відеокарта (video card));

- стандартний пристрій введення - клавіатура (keyboard);

Блок електроживлення (power supply).

Оскільки в сучасних операційних системах із графічним інтерфейсом багато операцій виконуються за допомогою «мишки» чи аналогічних їй пристроїв, то один з цих пристроїв також входить у мінімальний склад комп'ютера.

Материнська плата, яку називають також системною платою (system board), є пристроєм, що керує внутріш­німи зв'язками і взаємодіє із зовнішніми пристроями. На материнській платі розміщуються всі основні елементи комп'ютера, лінії з'єднання і розняття для підключення інших пристроїв.

Центральний процесор безпосередньо обробляє інформацію і виконує функції керування роботою всього комп'ютера відповідно до заданої про­грами. Центральний процесор (надалі просто процесор) займає чільне місце в ієрархії пристроїв комп'ютера, будучи, з одного бо­ку, найважливішим і найскладнішим його пристроєм, а з другого - визна­чальним щодо можливості конкретного комп'ютера обробляти дані.

Процесор - основна складова частина ЕОМ. Він здійснює опрацювання інформації введеної в ЕОМ. Інформація заздалегідь кодується за допомогою 0 та 1 і подається в процесор. Процесор виконує арифметичні операції (+, -, •,:), логічні операції (порівняння чисел або символів) та інші дії над кодами. Важлива характеристика процесора – швидкість виконання елементарних операцій (швидкодія).

АЛП – арифметико-логічний пристрій призначений для виконання логічних та арифметичних дій над інформацією.

ПК – пристрій керування призначений для керування усіма операціями по обробці інформації.

Пам’ять (запам’ятовуючий пристрій) призначена для зберігання інформації. Основною характеристикою пам’яті є її ємність, яку вимірюють в одиницях вимірювання пам’яті, найменшею одиницею є біт.

Можна виділити три рівні пам'яті комп'ютера: регістрову, внутрішню і зовнішню.

Регістрова пам'ять - найбільш швидкодіюча, але найменша за єм­ністю пам'ять (зазвичай декілька сот байтів). Регістрова пам'ять містить деякі системні дані (наприклад, адресу наступної команди, яку буде ви­конувати процесор), вихідні дані і результати виконання деяких команд процесора, а також часто використовувані в програмі дані.

Внутрішня пам’ять розташована на мікросхемах, а зовнішня – на гнучких магнітних дисках. В свою чергу внутрішня пам’ять ділиться на оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) і постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП).

 

Для збільшення швидкості доступу до даних у комп'ютері використо­вується буферна і кеш-пам'ять.

Буферну пам 'ять використовують для збільшення швидкодії комп'ю­тера у разі обміну із зовнішніми пристроями. Оскільки швидкість доступу до зовнішнього пристрою значно нижча від швидкості оброблення даних у процесорі, процесор простоює, очікуючи закінчення введення-виведення. Щоб цього не відбувалося, фрагмент даних для читання попередньо зчитується з пристрою в буферну пам'ять. Для записування даних фраг­мент даних спочатку передається в буферну пам'ять, а потім з буферної пам'яті на пристрій. Збільшення швидкодії відбувається за рахунок того, що обмін між буферною пам'яттю і зовнішнім пристроєм виконується без участі процесора (він у цей час може виконувати інші процеси). Бу­ферна пам'ять реалізується або апаратно в електронній схемі пристрою введення-виведення, або програмно в оперативній пам'яті комп'ютера.

Кеш-пам 'ять (від cache - притулок, склад), крім функції буферизації, зберігає найчастіше використовувані дані або ті дані, до яких недавно відбувалося звернення.

 

Дисплей забезпечує виведення даних для користувача в текстовому і графіч­ному вигляді.

Клавіатура призначена для введення текстової інформації в комп'ю­тер та для переміщення текстового курсора.

Блок живлення перетворює напругу електромережі в напругу жив­лення. Він містить проводи з розняттями для підключення різних пристроїв.

Поряд з основним набором пристроїв комп'ютер, залежно від складу розв'язуваних на ньому задач, містить також додаткові пристрої: принте­ри, сканери, звукові карти, акустичні системи, мікрофони, модеми і т. ін.

Материнська плата

Материнська плата - це основний пристрій комп'ютера, що передусім визначає його продуктивність.

Материнська плата містить такі основні компоненти:

- шини;

- базову систему введення-виведення - BIOS;

- кеш-пам'ять;

Системні ресурси.

Рис. 2.1. Основні компоненти материнської плати:

1 - розняття РСІ; 2 -розняття AGP; З -розняття зовнішніх пристроїв; 4 – двопозиційний перемикач; 5 - гніздо центрального процесора; 6-головний (північний) міст; 7 -розняття оперативної пам 'яті; 8 - контролер Super I/O; 9 -розняття Floppy Disk; 10 -розняття електроживлення; 11 –розняття АТА; 12 -містАТА/PCI/USB (південний міст); 13 -розняття SerialATA; 14 - BIOS; 15 - батарейка; 16 - контролер IEEE 1394 (FireWire)

 

Компоненти материнської плати можна поділити на чотири групи:

1) набір мікросхем;

2) додаткові компоненти;

3) розняття для вмикання пристроїв;

допоміжні (сервісні) блоки і вузли.

Рис. 2.2. Розняття материнської плати для підключення зовнішніх пристроїв:

1 - порт PS/2 (клавіатура); 2 - порт PS/2 («мишка»); З - паралельний порт; 4 - порт IEEE 1394 (FireWire); 5 - порти USB; 6 - послідовні порти

 

Центральний процесор

Процесор - це пристрій, що поєднує виконання арифметичних і логіч­них операцій, пов'язаних з керуванням роботою комп'ютера чи його окре­мих пристроїв.

Центральні процесори для IBM-сумісних настільних комп'ютерів ви­готовляють фірми Intel, AMD і VIA.

 

Рис. 2.3. Процесори фірми Intel: a - Intel 4004; б - Intel 8080; в - Intel Pentium 4; г - Intel Itanium 2

Перший процесор Intel - Intel 4004 (1971 p.) був чотирирозрядним процесором з тактовою частотою 400...800 кГц (рис. 2.3, а). Він містив 2300 транзисторів і адресував пам'ять ємністю до 640 байт. Цей проце­сор використовувався в калькуляторах.

Новим етапом у проектуванні і виробництві процесорів став процесор Pentium (1993 p.). Тепер виготовляють тільки процесори сім'ї Pentium IV. Тактова частота першої моделі Pentium становила 66 МГц; частоту останніх моделей Pentium IV (рис. 2.3, в) збільшено до 3,4 ГТц, а кількість транзисто­рів -з 3,1 до 178 млн. У процесорах сім'ї Pentium використовується 64-розрядна шина даних; ємність адресованої пам'яті збільшилася до 64 Гбайт.

Відгалуженнями від процесорів сім'ї Pentium стали процесори сім'ї Хеоn, призначені для багатопроцесорних серверів. Перший процесор цієї сім'ї Pentium II Хеоn (1998 р.) містив 7,5 млн транзисторів і працював з тактовою частотою 100 МГц. Остання модель Pentium Хеоn МР (2004 р.) містить 169 млн транзисторів і працює з тактовою частотою 3 ГГц.

Іншим відгалуженням процесорів сім'ї Pentium стали процесори сім'ї Celeron, що являють собою спрощений і, отже, більш дешевий варіант процесорів Pentium. Перша модель процесора цієї сім'ї (1998 р.) пра­цювала з тактовою частотою 266 МГц і містила 7,5 млн транзисторів, а остання модель працює з тактовою частотою 2,8 ГГц.

Крім цього, фірма Intel розробила процесор Pentium M (2003 р.) зі зни­женим споживанням енергії, що містить 77 млн транзисторів і працює з тактовою частотою до 1,4 ГГц. Цей процесор спеціально призначено для портативних комп'ютерів.

У 2004 р. випущено перший процесор Pentium IV на основі 0,09-мікронної технології.

Процесори AMD - це простіші і дешевші аналоги (клони) процесорів фірми Intel.

Останнім часом набули поширення багатопроцесорні комп'ютери, тобто комп'ютери, які містять кілька процесорів (зазвичай це потужні сервери).

Багатопроцесорна система найбільш ефективна у випадках, коли вона використовується багатозадачними операційними системами і приклад­ними програмами, створеними за допомогою спеціальних засобів, що до­зволяють виконувати паралельне оброблення даних. У процесі одночасної роботи декількох процесорів операційна систе­ма розподіляє різні задачі між процесорами.

Ступінь інтеграції будь-якої мікросхеми, зокрема процесора, пока­зує, скільки транзисторів уміщується в ній.

Одна з основних характеристик процесора - кількість бітів, яку він може обробляти одночасно - внутрішня розрядність.

Найважливіші характеристики процесора – тактова частота. Продуктивність процесорів сучасних комп'ютерів становить від де­кількох мільйонів до декількох мільярдів операцій за секунду

Ємність пам'яті. Максимальна ємність пам'яті сучас­них комп'ютерів дорівнює 64 Гбайт.

Внутрішня пам'ять

Внутрішня пам’ять розташована на мікросхемах, а зовнішня – на гнучких магнітних дисках. В свою чергу внутрішня пам’ять ділиться на оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) і постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП).

ОЗП (оперативна пам’ять) – призначений для зберігання інформації під час роботи комп’ютера. Саме з цього пристрою процесор бере програми і вхідні дані для обробки, а також записує туди отримані результати. ОЗП працює дуже швидко, але всі дані, які містяться в ньому зберігаються тільки до тих пір поки включений комп’ютер. При вимиканні комп’ютера інформація в ОЗП знищується. ОЗП є пристроєм як зчитування, так і запису інформації. За висловлюванням відомого програміста П.Нортона, оперативна пам’ять – це чернетка, куди тимчасово записуються програми, дані і результати обробки (напівфабрикати).

ПЗП (постійна пам’ять) – призначений для того, щоб комп’ютер міг розпочати роботу та виконувати усі дії. В цьому пристрої зберігаються програми для перевірки обладнання комп’ютера, ініціалізації завантаження операційної системи та ін. Інформація в ПЗП записується під час виготовлення комп’ютера і залишається там назавжди. ПЗП є пристроєм тільки зчитування інформації.

 

Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять чи зовнішні запам'ятовувальні пристрої викорис­товуються для довгострокового зберігання інформації. Обсяги даних, збережені в таких пристроях, в 100 чи 1000 разів перевищують ємність оперативної (внутрішньої) пам'яті комп'ютера.

 

Пристрої зовнішньої пам'яті поділяють на такі основні групи:

- дисководи гнучких магнітних дисків (FDD - Floppy Disk Drives);

- дисководи жорстких дисків (HDD - Hard Disk Drives);

- пристрої зчитування-записування на магнітну стрічку;

- магнітооптичні дисководи (magneto-optical drives);

- оптичні дисководи (optical drives);

- пристрої зовнішньої Flash-пам'яті.

 

Дисководи FDD (Floppy Disk Drives - дисководи гнучких магнітних дисків) використовують дискети розміром 3,5 дюйма (часто використову­ється запис 3,5"). Гнучкий магнітний диск ємністю 1,44 Мбайт поміщено у жорсткий пластмасовий корпус (рис. 2.4). Виріз у корпусі для доступу до дискети у звичайному стані закритий пересувною металевою чи пласт­масовою шторкою. Для заборони записування на дискету передбачено ві­кно захисту (у закритому стані записування на дискету блокується). Для звернення до дискети використовують латинське позначення А:.

 

 

Рис. 2.4. Дискета 3,5" емпістю 1,44 Мбайт: 1 - вікно захисту

від записування; 2 - отвір на дискеті 1,44 Мбайт;

3 - отвір для доступу до магнітного диска; 4 - ковзна шторка;

5 - пристосування дія затиску під час обертання дискети

 

Дані на гнучкому диску розміщуються на концентричних доріжках (рис. 2.5). У свою чергу, кожна з доріжок розбивається на рівні ділянки - сектори.

Рис. 2.5. Структура гнучкого магнітного диска: 1 - сектор; 2 – доріжка

 

Дисководи жорстких магнітних дисків. Сьогодні випускаються декілька десятків типів дисководів жорстких дисків - HDD (Hard Disk Drives), які називають також вінчесте­рами. Однак принципи функціонування більшості дисководів однакові.

 

Рис. 2.6. Основні елементи дисковода жорстких дисків:

1 -розняття інтерфейсу; 2 - кожух магніту; 3 -магніт; 4 –рухома котушка; 5 - двигун дисків; 6 - головка зчитування-записування; 7 - диски; 8 - корпус; 9 - важіль головки; 10 - шина контролера; 11 - вісь обертання; 12 -розняття електроживлення

Накопичувач на жорсткому магнітному диску призначений для постійного зберігання тієї інформації, яка більш або менш часто використовується в роботі комп’ютера. Жорсткі магнітні диски називають вінчестерами. Це металеві диски покриті шаром магнітної речовини. Ємність таких дисків при тих самих розмірах що й дискета приблизно в 100 разів більша. Сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках мають місткість від 300 Мбайт до кількох Гбайт.

Жорсткі диски дуже чутливі, тому їх зберігають у закритих корпусах. Наявність такого диска значно підвищує зручність роботи з комп’ютером.

Вінчестери, як правило, не знімаються. Фізичного доступу до них немає. Їх переваги порівняно з дискетами полягають у тому, що вони зберігають величезні об’єми інформації. Як правило, ПК має один вінчестер, але бувають комп’ютери із декількома жорсткими дисками. Для звернення до вінчестера використовують латинські позначення С: D: Е:.

 

Пристрої зчитування-записування даних на магнітну стрічку. Пристрої зчитування-записування на магнітну стрічку, на відміну від дисководів гнучких і жорстких дисків та CD і DVD, не набули поширення. Проте ці пристрої використовують для забезпечення ціліс­ності даних у разі можливих порушень апаратного чи програмного за­безпечення, для оперативного архівування чи відновлення даних. Вони є обов'язковим компонентом потужних комп'ютерів, у яких зберігаються великі обсяги спільно використовуваних даних, що в разі їх псування чи руйнування потребують великих витрат на відновлення.

Магнітооптичні диски. Магнітооптичну технологію розробила фір­ма IBM на початку 70-х років минулого століття. На відміну від магніт­них дисків і дискет дані на магнітооптичний диск записуються по спіра­лі, тобто диск має одну доріжку, розбиту на сектори однакового розміру. Усі магнітооптичні диски знімні.

Магнітооптичні диски можуть мати один із двох розмірів: 3,5 і 5,25 дюйма. Ємність магнітооптичного диска залежить від його форм-фактора. Для дисків з форм-фактором 3,5 дюйма значення ємностей дисків ста­новлять 128, 230, 540, 640 Мбайт, 1,3 і 2,3 Гбайт. Для дисководів 5,25 дюйма ємність дисків залежить від щільності записування, що може до­рівнювати 1024 чи 2048 байт/сектор.

 

Оптичні диски. Як оптичну зовнішню пам'ять комп'ютера використовують два види носіїв: компакт-диски і DVD-диски.

Компакт-диски, названі також дисками CD використовують для записування аудіоданих у цифровому вигляді та програють на спеціальних пристроях - плеєрах CD. Аналогічно диски DVD ви­користовують для записування відеоданих (здебільшого фільмів), вони зчитуються на плеєрах DVD, підключених до телевізора.

Поступово спочатку диски CD, а потім і DVD-диски стали використо­вувати в комп'ютерах, причому не тільки для відтворення аудіо- і відео-даних, але і як зовнішню пам'ять для зберігання текстових та графічних даних, програм і т. ін. Незважаючи на різне походження технології зчитування і записування на диски CD і диски DVD багато в чому подібні, тому далі під оптичними дисками будемо розуміти обидва види цих носіїв.

Оптичний диск характеризується своїм типом (CD-диск чи DVD-диск) і ємністю. Ємність диска визначають за його типом і розміром (діаме­тром). Тепер випускаються оптичні диски діаметром 120 мм (4,7 дюйма) і 80 мм (3,1 дюйма).

CD-диски розміром 120 мм мають ємність 650 чи 700 Мбайт, а диски розміром 80 мм - ємність 185 Мбайт.

 

Flash-пам'ять

Останнім часом Flash-пам'ять стали використовува­ти не тільки як внутрішню пам'ять, але і як зовнішню, підключену до комп'ютера по інтерфейсу USB. П еревага цього інтерфейсу полягає в тому, що пристрій можна вмикати і вимикати без перезаванта­ження комп'ютера.

Пристрій Flash-пам'яті містить такі компоненти (рис. 2.7):

- одну чи кілька мікросхем;

- контролер, що керує доступом до мікросхем Flash-пам'яті;

Адаптер USB.

 

 

Рис. 2.7. Структура модуля Flash-пам 'яті: 1 - адаптер USB;

2 - контролер пам 'яті; 3 - мікросхема Flash-пам 'яті

Пристрої Flash-пам'яті мають невеликі розміри і найрізноманітніші форми корпусів (пластмасові чи алюмінієві) (рис. 2.8). Звичайний при­стрій має індикатор, що загоряється під час доступу до даних, та пере­микач, що дозволяє чи забороняє записування у пам'ять. Крім того, деякі пристрої мають перемикач, що дозволяє чи забороняє зчитування даних без використання пароля. Пристрій Flash-пам'яті можна використовува­ти як завантажувальний пристрій.

 

Рис. 2.8. Зразки пристроїв зовнішньої Flash-пам'яті

Основні характеристики зовнішньої Flash-пам'яті такі:

- ємність;

- швидкість передавання даних;

Надійність.

Ємність Flash-пам'яті має одне з таких значень: 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1 Гбайт. Недавно появилися пристрої ємністю 2 і 4 Гбайт.

Максимальна швидкість передавання даних для пристроїв Flash-пам'яті досягає 1,5 Мбайт/с і 50...60 Мбайт/с.

Пристрої Flash-пам'яті мають такі показники надійності: час збері­гання даних - до 10 років, кількість циклів перезаписування - до 1 млн.