Дисковод CD (DVD).

3.2.6. Винчестер (жёсткий диск).

3.2.1. Материнская плата (рисунок 5) — это самостоятельный комплекс различных устройств, координирующих работу всех внутренних компонентов ПК и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами. Обязательными атрибутами материнской платы являются:

· микропроцессор,

· оперативная память,

· микрорсхема BIOS,

· контролер клавиатуры,

· разъёмы расширения.

Её название происходит от английского motherboard (или mainboard), что в переводе означает «главная плата». Помимо портов и слотов материнская плата содержит чипсет (набор микросхем), отвечающий за согласованную работу центрального процессора и других составляющих компьютера, а также контроллёры (устройства, которые управляют периферийным оборудованием и каналами связи, освобождая процессор от этих задач).

Размеры материнской платы нормированы. Также стандартизованы и отверстия внутри платы, которые соединяют её с дном корпуса.

При установке материнской платы необходимо, чтобы она не имела контакта с дном и боковыми металлическими сторонами корпуса из-за вероятности возникновения короткого замыкания. Винты, которыми плата крепится к корпусу, для безопасности должны быть проложены изолирующими шайбами.

Рисунок 5 − Материнская плата

На системной плате размещаются:

· разъёмы для подключения винчестера или HDD (hard disk drive – накопитель на жёстком магнитном диске), одного или нескольких – устройств для постоянного хранения информации, чаще всего обозначаются в Windows как Диск С, D…;

· дисковод для компакт-дисков CD-ROM (Compact Disk Read Only Mamory – постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска) или DVD (Digital Versatile Disk – Универсальный цифровой диск большой емкости): лазерный дисковод (D:).

· Адаптеры внешних устройств: контроллеры, платы, карты, адаптеры. Они предназначены для подключения к системному блоку таких внешних устройств, как монитор, графический планшет и т.п.

· Соединительные шлейфы: элементы управления системным блоком – кнопки на передней панели, индикаторы, встроенный динамик; крепёжные элементы конструкции.

· разъёмы для подключения дополнительных устройств (слоты).

· Разъём для процессора, CPU (Central Processing Unit, центральное процессорное устройство) (рисунок 6);

Рисунок 6 − Процессор 300× 264 – 18k Daily Digital Digesc

До 2002 г. главным компонентом персонального компьютера, определяющим производительность компьютерной системы, являлся микропроцессор, или центральный процессор – CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и обработку данных и, как правило, является одной из самых дорогостоящих микросхем компьютера. Во всех PC-совместимых компьютерах используются процессоры, совместимые с семейством микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они как самой фирмой Intel, так и компаниями AMD. Ранее были Cyrix и VIA.

В состав микропроцессора входят:

1. Устройство управления (УУ): формирует и подаёт во все блоки машины в нужные моменты времени определённые сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов.

2. Арифметико-логическое устройство (АЛУ): предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной
информацией.

3. Микропроцессорная память (МПП): предназначена для кратковременного хранения записи и выдачи информации непосредственно в ближайшие такты работы машины, используемой в вычислениях; МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОсП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины.

4. Интерфейсная система микропроцессора: предназначена для сопряжения с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной
шиной.

Интерфейс (interface) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

Порт ввода-вывода (I/O port – Input / Output port) — аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

5. Генератор тактовых импульсов: генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов (число тактов в секунду: 1МГц =1млн тактов в сек.) является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определённое количество тактов.

Общая производительность системы определяется не только так называемой тактовой частотой, т.е. скоростью, с которой работают элементы на материнской плате, но и количеством данных, обрабатываемых в единицу времени.

К основным характеристикам процессора относятся:

· Быстродействие, определяемое тактовой частотой процессора — (количеством операций выполняемых за 1 сек., измеряемое в Мегагерцах (10⁶) и Гигагерцах (10⁹)). Чем выше частота, тем выше возможности процессора по обработке данных. Самые первые процессоры для компьютеров платформы IBM PC имели частоту 4, 7 МГц (1981 г.). В истории развития частоты процессоров следующие: 40 МГц, 66 МГц, 100 МГц, 130 МГц, 166 МГц, 200 МГц, 333 МГц, 400 МГц, 600 МГц, 800 МГц, 1000 МГц и т. д. до 4ГГц. Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер, поэтому по названию модели микропроцессора можно составить достаточно полное представление о том, к какому классу принадлежит компьютер.

Бурное развитие процессов началось с выпуска модели Pentium. За относительно короткий срок с 1994 по 2002 год тактовая частота процессоров для персональных компьютеров выросла в 50 раз: от 60 МГц до 3 ГГц.

За первые 14 лет существования платформы IBM PC частота процессора выросла всего лишь в 12 раз (с 5 до 60 МГц), а за годы (2002 – 2005) можно говорить лишь о росте на 20 – 30%

Таким образом, «революционный» период развития процессоров фактически завершился в 2002 г. с этого момента процессор больше не является компонентом, однозначно определяющим производительность компьютерной системы. отныне на переднем крае технологий находятся не процессоры, а видеоадаптеры.

· Разрядность процессора определяет, сколько битов в процессоре могут обрабатываться за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные. Например, если регистр имеет разрядность 2 байта, то разрядность процессора равна 16 (2x8); если 4 байта, то 32; если 8 байтов, то 64.

Первый микропроцессор на свете был 4-разрядным (INTEL 4004). Его создали в 1971 г. для использования в японских электронных калькуляторах. Позже появились 8-разрядные микропроцессоры, на базе которых в 70-е и 80-е годы производилось множество моделей бытовых ПК (APPLE, ATARI, COMMODORE, SPECTRUM, SHARP и многие другие). Затем появились 16-разрядные процессоры.

Переход на 32-разрядные процессоры INTEL 80386 произошёл в конце 80-х годов прошлого века. С тех пор разрядность процессоров в основном не менялась и производительность компьютерных систем зависела большей частью от рабочей частоты.

В последние годы началось внедрение 64-разрядных процессоров.

· Микросхема BIOS

После включения компьютера выполняются тестовые программы базовой системы ввода – вывода (BIOS-Basic Input/Output System), которые проверяют работы памяти, аппаратных средств компьютера и подключённых к нему
устройств.

BIOS является одним из основных элементов системной платы. Обычно BIOS находится в микросхеме энергонезависимой памяти (ROM BIOS) или флэш-памяти (Flash BIOS). В микросхеме BIOS хранится код, управляющий всеми компонентами и ресурсами системной платы, а также клавиатурой, видеокартой, дисками, шинами и другими компонентами. На большинстве современных системных плат принято устанавливать микросхемы Flash BIOS (флэш-память), код которых можно перезаписать с помощью специальных программирующих устройств. На микросхему BIOS обычно наклеивается этикетка с информацией о дате её последнего обновления, со сведениями о компании, а также о типе памяти (рисунок 7).

Рисунок 7 – Микросхема Flash ROM компaнии AMI

· Локальная шина (рисунок 8) — многопроводный (несколько десятков проводников, причём ширина каждого из них не превышают нескольких долей микрометра) кабель, по которому происходит обмен сигналами между отдельными внутренними устройствами компьютера.

Рисунок 8 − Шины (разъёмы шин)

По каждой линии шины обычно передаётся один двоичный разряд информационного слова, являющегося элементом данных или адресом. Максимальная пропускная способность шины обеспечивается при числе линий, равном сумме числа бит в машинном слове и максимального числа двоичных разрядов адреса, плюс оптимальное количество линий для передачи управляющих сигналов.

Шина, соединяющая процессор, северный мост и оперативную память, носит название системная шина.

Системная шина состоит из двух частей – шины данных, предназначенной для передачи данных и программ, и шины адресов, которую процессор использует для передачи северному мосту сведений о местонахождении в оперативной памяти требуемой информации. Обычно адресная шина состоит из 32 или 36 линий, а шина данных — из 64 линий.

В июне 1992 года Intel разрабатывает новую шину для подключения периферийных устройств – PCI [Peripheral Component Interconnect] шина PCI (32-разрядная системная шина с возможностью расширения до 64 разрядов, взаимодействие через которую происходит без участия ЦП). Эта шина в отличие от VL-Bus является процессоронезависимой. Эта шина имеет разрядность 32 бита, работает на частоте 33 МГц, обеспечивая, таким образом, пропускную способность 133 Мбайт/с. Кроме того, есть реализации 66 МГц 64-битной PCI, но в обычных PC такая разновидность не используется, она обычно используется в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях (например, для обработки видео). Сегодня PCI-Express – основная шина современного компьютера и, вероятно, ещё долго таковой останется. Сегодня практически все платы расширения выполняют в разъём PCI, кроме плат видеоконтроллёров. Это связано с тем, что именно видеосистема – самая требовательная к пропускной способности шины обмена, и для видеоконтроллёров разработана специальная шина, которая называется AGP (Advanced Graphics Port).

Шина AGP имеет ширину 32 бита (как и PCI), но работает на частоте 66 МГц, имея, таким образом, вдвое большую пропускную способность (266 Мбайт/с). Но этим дело не ограничивается. Дело в том, что шина AGP имеет несколько режимов работы. Причём во всех этих режимах частота работы шины одинакова и составляет 66 МГц. Но пропускная способность шины AGP в разных режимах отличается. В режиме работы, который называют AGP 2x, пропускная способность шины составляет 533 Мбайт/с, так как данные по шине передаются вдвое чаще, чем изменения электрического сигнала, то есть за один такт сигнала передаётся два бита. Шины, работающие в подобном режиме, называют DDR (Double Data Rate) шинами. Кроме того, шина AGP может работать и в режиме 4х, т.е. битов передаются вчетверо больше, чем в обычном режиме. Шину, работающую в таком режиме, называют QDR (Quad Data Rate). В этом случае пропускная способность AGP 4x составляет 1066 Мбайт/с. Следующим является стандарт AGP 8x с пропускной способностью 2133 Мбайт/с.

В современных компьютерах используется некоторое количество специализированных шин, обеспечивающих передачу информации и управляющих сигналом между устройствам компьютера с различными скоростными характеристиками. Можно отметить следующие шины:

PCI (Peripheral Component Interconnect — соединитель периферийных компонент) — современная высокоскоростная шина для подсоединения внешних (периферийных) устройств со скоростью обмена до 500 Мбайт/с, а модификация PCI-X имеет скорость до 1 Гбайт/с;

AGP (Advanced Graphic Port — улучшенный графический порт) — шина и разъём для подключения видеокарт со скоростью обмена от 256 Мбайт/с до 1, 06 Гбайт/с; скорость обмена 256 Мбайт/с считается условной единицей измерения для видеокарт типа AGP, поэтому скорость 528 Мбайт/с принято обозначать AGP2x, а 1, 06 Гбайт/с – AGP4x;

ISA (Industry Standard Architecture – стандарт промышленной архитектуры) и EISA (Extended ISA — расширенный ISA) — устаревшие шины для подключения внешних устройств со скоростью обмена от 8 до 33 Мбайт/с;

IDE (Integrated Drive Electronics — интегрированное электронное устройство) и EIDE (Extended IDE — расширенный IDE) — шина и стандарт для подключения к материнской плате жёстких, оптических дисков и мобильных дисководов; скорость обмена данными до 100 Мбайт/с;

SCSI (Small Computer System Interface — интерфейс малых вычислительных систем) — шина и стандарт, которые так же, как и EIDE, предназначены для подключения высокопроизводительных дисковых устройств; скорость обмена данными до 80 Мбайт/с;

Arapahoe — перспективная шина третьего поколения, которая должна обеспечить скорость обмена до 6 Гбайт/с.

3.2.2. Видеокарта (видеоадаптер)

Сегодня решающую роль в производительности домашней компьютерной системы играет не микропроцессор, а видеоадаптер.

Видеокарта (известна так же как графическая плата, графическая карта, видеоадаптер) (англ. videocard) — устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора (рисунок 9).

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (PCI-Express, PCI, AGP), но бывает и встроенной (интегрированной) в системную плату.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера. Например, все современные видеокарты NVIDIA и RADEON поддерживают приложения OpenGL на аппаратном уровне.

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллёра, видеопроцессора и видеопамяти.

Рисунок 9 – Видеокарта

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (Monochrome Display Adapter – монохромный дисплейный адаптер); CGA (Color Graphics Adapter – цветной графический адаптер) (4 цвета); EGA (Enhanced Graphics Adapter – улучшенный графический адаптер) (16 цветов); VGA (Video Graphics Array – видеографическая матрица) (256 цветов).

Обычно в документации указывают не точное количество цветов, которое способна отобразить видеокарта, а разрядность цвета – т. е. количество битов, необходимое для передачи каждого оттенка. Разрядность и количество цветов можно связать друг с другом с помощью таблицы 2.

Таблица 2 – Зависимость количества цветов видеокарты
от разрядности цветовой палитры

Количество цветов вычисляется путём возведения в степень цифры 2 на соответствующую разрядность цветовой палитры. В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA (Super Video Graphics Array – видеографическая матрица класса “супер”), обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16, 7 миллионов цветов, с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480, 800х600, 1024х768, 1152х864; 1280х1024 dpi, т.е. точек на дюйм и далее).

Разрешение экрана dpi (dots per inch – число точек на дюйм) является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и тем меньше видимый размер элементов изображения.

Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день – 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color). Наилучшая работа достигается при 24 и 32-разрядном цветах (для человека разница между этими цветами практически не заметна).

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. Для хранения множества цветных объектов видеоплате требуется большой объём собственной оперативной памяти (до 1 ГГб).

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 путём – преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей – ускорители плоской (2D) и трёхмерной (3D) графики.

3.2.3. Звуковая карта (рисунок 10) – устройство, предназначенное для воспроизведения звука. Для этого надо подключить к аудиокарте акустические системы или наушники.

Рисунок 10 – Звуковая карта 1170× 914 – 200k

Если к звуковой плате подключить микрофон или другое устройство, генерирующее электрический эквивалент звуковых колебаний (магнитофон, радиоприёмник и т.п.), то можно записать звук в память ПК. К специальному разъёму (игровому порту) звуковой карты можно подключить также и джойстик. Если на карте есть MIDI-разъём, то к ПК можно подключить электронно-музыкальные
инструменты.

У любой звуковой платы есть два различных устройства воспроизведения звука – волновой и табличный синтезаторы.

Звуковая карта подключается к одному из слотов 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 разъём позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъём для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жёстком 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, 64-разрядные и 128-разрядные устройства.

3.2.4. Блок питания ( рисунок 11) служит для преобразования тока электросети (переменный ток напряжением 220 В) в ток, необходимый для работы ПК (постоянный ток различных напряжений: 12 В, 5 В, 3 В и других значений), при мощности 300 Вт, 400 Вт, 500 Вт и более.

Рисунок 11 – Блок питания FKI ATX 250W

3.2.5. Дисководы компакт-дисков CD-ROM и DVD

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – память доступная только для чтения) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Диски CD-ROM предназначены лишь для однократной записи информации (рисунок 12). Их ёмкость составляет 700 Мбайт.

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.

Рисунок 12 − Диски CD-ROM

Кроме обычных компакт дисков для однократной записи, существуют и устройства CD-R (Compact Disk Recorder), (так же для однократной записи, а при необходимости и дозаписать информацию в свободные области) и устройства многократной записи и считывания информации CD-RW (CD-ReWritable – перезаписываемый компакт-диск).

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Кратность скоростей обозначается числами 2х, 4х, 8х, 10х и т.д. Таким образом, запись 40х означает, что теоретически устройство способно считывать данные со скоростью 6000 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х – 52х.

Большое распространение получили сейчас DVD-накопители (Digital Versatile Disk – цифровой универсальный диск), основное преимущество которых заключается в высокой ёмкости. Ёмкость одного DVD может составлять от 4, 7 до 17, 4 Гбайт в зависимости от того, является он одно- или двухсторонним, а также одно- или двухслойным.

Ёмкость Blue-Ray до 25 ГГб.

Устройства DVD поддерживают запись:

DVD-ROM – только чтение;

DVD-R, DVD+R – однократная запись;

DVD-RW, DVD+RW – многократная запись (1 000 циклов);

DVD-RAM – многократная запись (100 000 циклов).

Большинство современных DVD-дисководов позволяют считывать информацию с шестнадцатикратной скоростью. С практической точки зрения не менее важными параметрами дисководов являются также надёжность считывания данных и уровень шума.

3.2.6. Стандартный комплект персонального компьютера IBM платформы

В комплект обычно входит системный блок, клавиатура, мышь и монитор, при необходимости принтер и сканер. При этом системный блок обычно характеризуется следующими техническими параметрами:

· модель процессора, его тактовая частота, наличие и объём кэша;

· объём и тип оперативной памяти;

· используемые шины;

· объём жёсткого диска;

· наличие дисковода гибких дисков;

· тип дисковода компакт-дисков;

· тип и объём дополнительной памяти видеоплаты;

· тип звуковой платы;

· иногда указывают стандарт клавиатуры и наличие в комплекте мыши.

Вся эта информация укладывается в компактную условную формулу, которая у разных фирм может быть более или менее подробной, но порядок размещения информации поддерживается практически всеми. Вот пример следующей формулы:

Р4-2400, 512 L2/256 DIMM DDR/PCI, USB/80Gb/FDD 3, 57CD-RW52x/ AGP4x 32Mb/ SB AUDIGY 5.1/Mouse/Keyboard 108.

Формула всегда начинается с указания типа процессора и его тактовой частоты. В данном случае Р4-2400 означает, что основу компьютера составляет процессор типа Pentium 4 с тактовой частотой 2400 МГц (или 2, 4 ГГц) и кэшем 512 Мбайт (512 L2). Далее всегда указывается объём и тип оперативной памяти.

В примере 256 DIMM DDR означает двухрядный модуль (DIMM) оперативной памяти типа DDR SDRAM объёмом 256 Мбайт. Используемые в компьютере специализированные шины указываются не всегда. В нашем примере они указаны — это шины типа PCI и USB. Зато объём жёсткого диска указывается всегда, это очень важный показатель, обычно он располагается на третьем или четвёртом месте. В рассматриваемом примере указано, что объём жёсткого диска равен 80 Гбайт. Иногда добавляется тип интерфейса диска (EIDE или SCSI) и скорость его вращения (например, 7200 об/мин). Далее в формуле показано наличие в комплекте дисковода гибких дисков (FDD 3, 5") и дисковода оптических дисков с возможностью многократной перезаписи (CD-RW) и 52-кратной скоростью обмена (52х).

В состав системного блока также входит видеокарта типа AGP со скоростью обмена 1, 06 Гбайт/с (4х) и дополнительной памятью объёмом 32 Мбайт. Имеется звуковая плата (SB — Sound Blaster) модели AUDIGY 5.1. Завершается формула указанием на наличие в комплекте поставки мыши (Mouse) и 108-клавишной клавиатуры (Keyboard 108). Наличие двух последних компонентов обычно подразумевается и в формуле специально не оговаривается.