Благодаря вышесказанному, вы можете четко определить назначение процессора. Это мозг компьютера, без которого он совершенно бесполезен. За исключением дизайна интерьера.
Внутреннее устройство системного блока персонального компьютера
Цель работы: Ознакомить студентов со структурой персонального компьютера и попрактиковаться в использовании персонального компьютера.
Процедура
1. изучить структуру аппаратного обеспечения персонального компьютера.
2. понимать особенности основного процессора, типов памяти и системы ввода-вывода.
3. изучить основные правила использования периферийных устройств персонального компьютера.
Персональным компьютером (ПК) принято называть электронно-механическую систему, состоящую из набора устройств, которые работают вместе для создания, передачи, обработки и хранения информации (рис. 1.1).
Рисунок 1.1: Персональный компьютер
1 — системный модуль; 2 — клавиатура; 3 — монитор; 4 — мышь; 5 — принтер; 6 — сканер; 7 — внешний носитель информации (накопители: съемные диски, CD и DVD-ROM, жесткий диск),
Все устройства, подключенные к системному блоку, называются периферийными.
1. системный блок
Системный модуль — это устройство для управления и обработки потока информации. Главная плата внутри системного блока предназначена для размещения электронных компонентов, таких как центральный процессор, графическая и звуковая карты, а также компоненты памяти.
Центральный процессор (ЦП) является основным компонентом системного блока, который выполняет арифметические и логические операции и управляет работой всех периферийных устройств, для чего имеет четкую систему ввода и вывода информации.
Рисунок 1.2: Система ввода/вывода информации
Графическая карта — это электронная плата, отвечающая за обработку видеоданных и управление экраном. Графическая карта посылает сигналы на монитор для сканирования и управления яркостью.
Звуковая карта — электронная карта для обработки и использования звуковой информации в компьютере. Звуковой сигнал улавливается микрофоном и оцифровывается для последующей обработки и воспроизведения.
Микросхемы памяти — это специальные микрочипы, каждый из которых необходим для хранения определенной информации.
| Тип памяти | Описание | |
| ПЗУ (память только для чтения, ROM) | Основное назначение памяти только для чтения — хранить информацию в виде системных программ, необходимых для выполнения инструкций начальной загрузки компьютера и поддержки работы процессора. Информация, хранящаяся в ПЗУ, не может быть стерта и поэтому доступна только для чтения. | |
| Оперативная память (также называемая памятью с произвольным доступом или рабочей памятью). | Оперативная память используется для временного хранения исходных данных и результатов работы процессора. Оперативная память полностью стирается при выключении компьютера. | |
| Кэш-память является . | Встроенный в процессор | Используется для синхронизации между оперативной памятью и центральным процессором для повышения производительности вычислений. Кэш-память загружается из основной памяти данными, которые процессор будет обрабатывать в данный момент. |
| Видеопамять | Устанавливается на видеокарту | Тип памяти, используемый для хранения графической и видеоинформации, которая отображается на экране монитора в виде экранных страниц. |
Статьи к прочтению:
Блок питания Блок питания подключается к электросети и преобразует обычное сетевое напряжение в ряд различных напряжений постоянного тока.
Системный модуль — это основной блок, в котором установлены самые важные компоненты. Устройства внутри системного модуля являются…
Технически компьютер можно рассматривать как систему взаимосвязанных физических объектов (устройств) с различными принципами функционирования. Все эти устройства имеют общее назначение — обеспечивать техническую поддержку основных этапов обработки информации.
2.1.2. Устройства компьютера и их функции
Компьютер состоит из процессора, памяти, устройств ввода и вывода. Функции, выполняемые этими устройствами, в некоторой степени схожи с функциями мыслящего человека (рис. 2.3). Но даже это кажущееся сходство не позволяет нам отождествлять человека с машиной, потому что люди сами контролируют свои действия, в то время как компьютеры управляются встроенной программой.
Процессор компьютера
Сердцем компьютера является процессор. Он организует сбор данных, считывание команды из памяти, анализ и выполнение команды, а также отправку результатов на необходимое устройство. Наиболее важными характеристиками процессора являются тактовая частота и битовая глубина.
Процессор обрабатывает полученные электрические сигналы (импульсы). Интервал времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется циклом. Для выполнения каждой функции процессор имеет определенное количество тактовых циклов.
Тактовая частота процессора равна количеству тактов, которые процессор выполняет за одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) — миллионы тактов в секунду. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота современных процессоров уже превышает 1000 МГц = 1 ГГц (гигагерц).
Разрешающая способность процессора — это максимальная длина двоичного кода, который может быть обработан или передан одновременно. Разрядность современных компьютеров достигает 64 бит.
Память компьютера
Память компьютера предназначена для записи (загрузки), хранения и экспорта данных. Давайте представим, что это лист бумаги с одной клеткой. Каждая ячейка этого листа представляет собой один бит памяти — наименьший элемент хранения данных в компьютере. Каждая ячейка может хранить одно из двух значений: 0 или 1. Один символ двухсимвольного алфавита, как мы знаем, несет один бит информации. Поэтому один бит памяти содержит один бит информации.
Различают внутреннюю и внешнюю память.
Стандартизация и миниатюризация процессоров привела к тому, что цифровые устройства на их основе глубоко проникли в повседневную жизнь людей. Современные процессоры можно найти не только в высокотехнологичных устройствах, таких как компьютеры, но и в автомобилях, калькуляторах, мобильных телефонах и даже детских игрушках.
Внутренние устройства системного блока ПК
Внутренняя часть включает в себя все компоненты (аппаратные средства, оборудование), которые размещены и соединены в корпусе компьютера. Корпус компьютера с установленными внутри компонентами называется системным модулем (все компоненты внутри корпуса, объединенные в операционную систему).
Давайте теперь подробнее рассмотрим отдельные устройства системного блока. Давайте узнаем, как они выглядят и что делают.
Материнская (системная) плата
Материнская плата является основой для построения компьютерных систем. Материнская плата — это первый компонент, устанавливаемый в корпус компьютера. Все внутренние устройства модуля компьютерной системы и внешние устройства подключаются к нему через распаянные разъемы или соединяются специальными интерфейсными кабелями.
Некоторые из этих устройств могут быть встроенными, например, видеоадаптер, звуковая или сетевая карта или модуль Wi-Fi.
Материнская плата крепится к корпусу с помощью винтов через предусмотренные отверстия. Количество и расположение монтажных отверстий зависит от форм-фактора материнской платы. Размер материнской платы также зависит от размера корпуса компьютера, который также поддерживает соответствующие форм-факторы. Для получения дополнительной информации см. раздел «Что такое форм-фактор материнской платы».
Материнская плата или «материнка» является важным компонентом для работы компьютерной системы. В дополнение к ним устанавливаются или подключаются необходимые компоненты:
- Процессор с кулером.
- Память.
- Графическая карта (если она не встроена в материнскую плату или процессор).
- Жесткий диск или SSD-накопитель SATA (накопитель M.2 расположен на материнской плате).
- Источник питания.
- Корпус компьютера или что-то вместо корпуса.
Это минимум, необходимый для запуска компьютера в работу. В современных реалиях этого обычно более чем достаточно для полноценной работы. Другие дополнения, как внутренние карты расширения, так и внешнее оборудование, просто расширяют или увеличивают возможности компьютера.
Основная задача материнской платы — соединить все эти различные устройства вместе и заставить их работать правильно. Для этого в нем имеется микросхема BIOS, которая помогает ему в этом.
Наиболее важными характеристиками, на которые следует обратить внимание, являются
- Форм-фактор или размер. Под него подходит кейс или коробка. Кроме того, размер определяет функциональность и возможность модернизации всего компьютера. Материнские платы ATX, например, имеют 4 слота для оперативной памяти, а Mini ITX — только 2,
- Процессорное гнездо,
- чипсет.
Центральный процессор (CPU)
Центральный процессор (ЦП), микросхема, работающая с определенной скоростью (тактовой частотой) и четкой последовательностью запрограммированного кода. В двух словах его часто называют процессором или микропроцессором.
Периферийные или внешние устройства ПК
Термин периферийное устройство относится к любому периферийному устройству, которое непосредственно подключено к системному блоку компьютера.
Они подключаются через параллельный (LPT), последовательный (COM) и универсальный последовательный (USB) порты, расположенные на задней или передней панели корпуса. Первые два практически не используются. Порт USB используется для подключения различных периферийных устройств.
Типичный настольный ПК, который мы используем в повседневной жизни, как дома, так и на работе, состоит из внутренних и внешних устройств.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
Оперативную память также называют рабочей памятью, ОЗУ или виртуальной памятью. На самом деле все эти термины относятся к одному и тому же техническому устройству (чипу), расположенному в специальном слоте на материнской плате.
Оперативная память — это энергозависимая часть системы памяти компьютера, в которой временно хранятся данные и инструкции, необходимые процессору для выполнения той или иной функции. Это означает, что пока компьютер включен, данные также хранятся в оперативной памяти. Однако если компьютер выключается или происходит сбой питания, данные, хранящиеся в оперативной памяти, теряются.
Основная память содержит данные операционной системы и запущенных программ, поэтому объем основной памяти определяет, сколько задач компьютер может выполнять одновременно.
По этой причине размер оперативной памяти также влияет на производительность компьютера. В конце концов, если в вашем компьютере недостаточно оперативной памяти, но при этом установлен мощный современный процессор, вы не сможете насладиться быстрой работой компьютера.
Основная память (RAM) в большинстве современных компьютеров представляет собой модуль динамической памяти со случайным доступом (DRAM), который содержит полупроводниковую память, организованную в виде массива с произвольным доступом. Динамическая память DRAM дешевле статической памяти с произвольным доступом и имеет более высокую плотность, что позволяет разместить больше ячеек памяти в том же пространстве на кремниевой пластине, но с меньшей скоростью. Статическая память с произвольным доступом (SRAM), с другой стороны, быстрее, но дороже. По этой причине объемная оперативная память производится в модулях динамической памяти, а статическая память используется для создания кэш-памяти в микропроцессоре.
Жёсткий диск (HDD)
Жесткий диск — жесткий диск — это энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное устройство хранения данных. В компьютерной терминологии его также называют «жестким диском». Это устройство также относится к памяти компьютера, но в отличие от оперативной памяти, жесткий диск используется в основном для хранения всей информации на компьютере. Информация на этом устройстве сохраняется даже после выключения компьютера.
Информация на жестком диске записывается на жесткие диски (изготовленные из алюминия или стекла), покрытые слоем ферромагнитного материала, обычно диоксида хрома — магнитные диски. Обычно на одной оси используется один или несколько дисков.
Во время работы считывающие головки не касаются поверхности дисков, поскольку при быстром вращении у поверхности образуется слой воздуха. Расстояние между головкой и диском составляет всего несколько нанометров (современные диски имеют размер около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает длительный срок службы. Когда диск не вращается, головки находятся либо на шпинделе, либо вне диска в безопасной зоне, исключающей случайный контакт с поверхностью диска.
Наиболее важные характеристики классификации жестких дисков:
Интерфейс ( Interface ) — это линия связи между приводом и материнской платой, т.е. технические разъемы для подключения. Современные жесткие диски внутреннего производства могут использовать интерфейсы ATA (также называемые IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.
Емкость — это объем данных, который может хранить жесткий диск. С момента появления первых жестких дисков максимальный объем памяти постоянно увеличивался благодаря постоянному совершенствованию технологий хранения данных.
Физический размер (форм-фактор, габариты) — почти все жесткие диски для ПК и серверов 2001-2008 годов имеют ширину 3,5″ или 2,5″, что соответствует ширине стандартных жестких дисков для настольных ПК или ноутбуков. Также распространены форматы 1,8″, 1,3″, 1″ и 0,85″. Форматы 8 дюймов и 5,25 дюймов больше не производятся.
Время случайного доступа — это среднее время, которое требуется жесткому диску для выполнения операции позиционирования головки чтения/записи в случайной области магнитного диска. Диапазон для этого параметра составляет от 2,5 до 16 мс. Как правило, наименьшее время имеют серверные жесткие диски (например, Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), а самое длительное среди современных жестких дисков (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 мс) — для портативных устройств. Для сравнения, у твердотельных накопителей этот показатель составляет менее 1 мс.
Скорость вращения шпинделя — это количество оборотов шпинделя в минуту. Время доступа и средняя скорость передачи данных существенно зависят от этого параметра. В настоящее время доступны следующие стандартные скорости вращения шпинделя: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10000 (ПК), 10000 и 15000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).
Видеокарта
Видеокарта (также видеоадаптер, видеокарта, графическая карта, графический ускоритель, 3D-карта) — это электронное устройство, которое преобразует графическое изображение, хранящееся в памяти компьютера (или самого адаптера), в формат, пригодный для последующего отображения на мониторе.
Первые мониторы с катодно-лучевыми трубками работали по принципу телевизора, в котором экран сканировался электронным лучом, а для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.
В настоящее время эта базовая функция, хотя по-прежнему необходима и желательна, отошла на второй план и уже не определяет уровень возможностей дисплея — качество видеосигнала (резкость) имеет мало общего с ценой и техническим уровнем современной видеокарты.
Прежде всего, видеокарта теперь представляет собой устройство с графическим процессором — графическим ускорителем, который занимается созданием самого графического изображения. Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, а имеют встроенный графический процессор, который может обеспечить дополнительную вычислительную мощность и освободить центральный процессор от этой задачи.
Все современные видеокарты от Nvidia и AMD (ATi), например, осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В последнее время также наблюдается тенденция использования вычислительной мощности графического процессора для неграфических задач.
Видеокарта обычно изготавливается в виде печатной платы (карты расширения) и вставляется в универсальный или специальный (AGP, PCI Express) слот расширения на материнской плате.
Также часто встречаются встроенные видеокарты — либо в виде отдельного чипа, либо как часть северного моста материнской платы или центрального процессора, поэтому, строго говоря, такое устройство нельзя назвать видеокартой.
Оптический привод (DVD-привод, оптический дисковод или ODD) необходим для чтения и записи оптических дисков (CD, DVD или Blu-ray). Большинство таких устройств используется в корпусе компьютера или ноутбука, но есть и внешние модели, подключаемые через USB.
Виды регистров
Существует несколько типов регистров. Они отличаются друг от друга по типу выполняемых ими функций. Самые важные регистры имеют собственные имена:
- Счетчик команд — это регистр, который содержит адрес следующей выполняемой команды. Он используется для автоматического выбора программы из ряда связанных между собой мест памяти.
- Сумматор — участвует во всех функциях.
- Регистр инструкций. Это сохраняет инструкцию на время, необходимое для ее выполнения.
Шина данных
Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Все его устройства постоянно обмениваются информацией друг с другом. Это делается с помощью элемента, называемого внутренней шиной данных. В современных процессорах есть и другие части, но минимум — это группа устройств, описанных выше.
Этот процесс обычно включает в себя следующие шаги:
- Инструкция выбирается из ячейки, адрес которой хранится в регистре счетчика. Содержимое регистра увеличивается на длину команды.
- Затем он передается в блок управления и заносится в его регистр команд.
- Поле адреса, принадлежащее команде, декодируется блоком управления.
- Это посылает сигнал, после чего данные считываются из рабочей памяти и передаются в модуль вычислений и логики.
- Управляющее устройство декодирует код операции, которую необходимо выполнить, и посылает сигнал арифметическому блоку для выполнения этой операции над данными, которые в этом случае называются операндами.
- Результат операции может быть сохранен в самом процессоре или отправлен в память, если есть адрес, по которому можно найти результат.
- Все вышеописанные действия выполняются до тех пор, пока не будет подан сигнал прерывания.
Характеристики
Это дает понять, для чего нужен процессор: для выполнения инструкций из определенной программы. Для этого он обладает следующими характеристиками:
- Тактовая частота. Центральный процессор тесно связан с генератором тактовой частоты, который вырабатывает импульсы. Они синхронизируют работу всех компонентов компьютера. Эта характеристика соответствует количеству тактов в секунду. Цикл — это интервал времени между первым и вторым импульсом. Он измеряется в мегагерцах.
- Скорость передачи данных. Это максимальное количество двоичных цифр, которые одновременно генерируются и передаются процессором. Это свойство определяется емкостью регистров.
- Адресное пространство. Это относится к диапазону адресов, к которому процессор имеет доступ через адресный код.
Благодаря вышесказанному, вы можете четко определить назначение процессора. Это мозг компьютера, без которого он совершенно бесполезен. За исключением дизайна интерьера.
Пользователи компьютеров часто путают системный блок с процессором и называют первый вторым. Это в корне неверно. Сам процессор — это устройство, предназначенное для управления работой компьютера в соответствии с заранее определенной последовательностью инструкций, называемой программой, и для выполнения функций обработки информации.
Кроме того, существуют и другие устройства с похожими названиями. Текстовый процессор, например, предназначен для создания и форматирования документов. Microsoft Word относится к этому типу программ.
