Аппаратные средства компьютеров

Персональный компьютер и ПО для него

Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

Классификация программного обеспечения

В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

• прикладные программы , непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;
• системные программы , выполняющие различные вспомогательные функции, например:
  • управление ресурсами компьютера;
  • создание копий используемой информации;
  • проверка работоспособности устройств компьютера;
  • выдача справочной информации о компьютере и др.;

  Основная память

  • Килобайт (КБ) содержит примерно тысячу байтов (точное значение равно 1024).
  • Мегабайт (МБ) содержит примерно миллион байтов (точное значение 1 048 576).
  • Гигабайт (ГБ) содержит примерно миллиард байтов (точное значение 1 073 741 824).

  

  

  В персональных компьютерах микросхемы RAM расположены на небольших схемных платах, которые вставляются в слоты на материнской плате

  

  

  Внешнее устройство ПК

  

  Как уже говорилось выше, периферийное устройство — внешнее оборудование для ввода и вывода информацию из компьютера. Главные устройства ввода — это мышь и клавиатура. Хотя также существуют и другие аксессуары для ввода. Например, графический планшет, используемый дизайнерами для рисования. Музыканты подключают Midi-клавиатуры для написания музыки. Игроки используют игровые контроллеры и джойстики. За годы существования ПК оброс множеством различных устройств ввода. Главное устройство вывода информации — монитор, компонент, обеспечивающий возможность визуального взаимодействия с компьютером. Естественно, также существуют и другая периферия данной категории. Колонки и наушники применяется для вывода звука. Принтеры для печати документов и фотографий.

  Компьютерные аксессуары дают возможность выполнять новые задачи, повышают функционал и комфорт пребывания за компьютером. Само собой, также существуют основные периферийные устройства, без которых работа с ЭВМ попросту невозможна.

  Базовые элементы компьютера

  Описывая аппаратные средства любого компьютера, начать стоит с самого главного элемента – материнской платы, на которой расположены все внутренние элементы. И к ней же за счет применения разного рода разъемов и слотов подключаются внешние устройства.

  

  Сегодня существует достаточно много разновидностей «материнок» и их производителей. Правда, такие платы для стационарных компьютеров и ноутбуков и по форме, и по расположению отдельных элементов могут различаться. Тем не менее суть их применения в компьютерных системах не меняется.

  

  Второй по важности элемент – центральный процессор, который отвечает за быстродействие. Одной из главных характеристик является тактовая частота, выраженная в мега- или гигагерцах, а проще говоря, величина, определяющая, сколько элементарных операций может производить процессор за одну секунду. Нетрудно догадаться, что быстродействие есть не что иное, как отношение количества операций к числу тактов, которое необходимо для выполнения (вычисления) одной элементарной операции.

  Аппаратные средства компьютера невозможно себе представить без планок оперативной памяти и жестких дисков, которые относятся к устройствам хранения. О них будет сказано несколько позже.

  Все ли могут компьютеры

  Отдельно хочу остановиться на широко распространенном мнении среди компьютерных новичков, будто бы компьютер – это такая чудо-машина, которая может самостоятельно «думать» или «понимать» все то, что он показывает.

  На самом деле компьютер может лишь механически отображать точки, линии, цвета при помощи, например, монитора, принтера благодаря установленному на нем программному обеспечению.

  Человеческий мозг сам узнаёт в том, что показывает компьютер, определенные образы, числа, слова и сам придает им те или иные значения, наделяет определенным смыслом, иногда даже сверхестественным.

  Однако компьютер может работать лишь по программе — то есть, по заложенной в него инструкции. Он не обладает абстрактным мышлением, присущим человеку. Он также лишен эстетического восприятия и не способен творить, фантазировать, размышлять и самообучаться.

  Чтобы «научить» компьютер фантазировать, надо создать для него соответствующие программы-инструкции. Однако современная компьютерная база пока этого не позволяет.

  О компьютерных переводчиках

  Как Вы думаете, почему до сих пор нет хороших компьютерных переводчиков текстов с одного языка на другой? Все дело в том, что пока невозможно создать программное обеспечение, способное проделывать ту же работу, которая происходит в голове у профессионального переводчика при переводе литературных текстов, наполненных символизмом, эмоциональностью, скрытыми смыслами и аллюзиями.

  Переводчик подобных текстов фактически является соавтором книги, ведь он не переводит ее дословно, а пытается проанализировать, прочувствовать, пропустить через себя. Компьютеру такое пока не под силу.

  Технические тексты, однако, компьютер переводит вполне сносно, поскольку здесь он имеет дело с однозначными терминами и клишированными грамматическими конструкциями, не скрывающими никакого потайного смысла и не передающими никаких чувств.

  Компьютер, без сомнения, очень умная современная вычислительная машина, но это всего лишь помощник человека и зачастую незаменимый помощник. Именно поэтому я предлагаю Вам активно изучать и осваивать те возможности, которые он нам предоставляет.

  Упражнения по компьютерной грамотности

  1) Вам подарили сканер (в рабочем состоянии). Вы его подключили к ПК, а он не работает. В чем может быть причина? Пишите в комментариях свои соображения.

  2) Один и тот же фотограф провел съемки для двух пар на их свадьбах. Затем он прислал первой паре ссылку на Облако, в которой находился весь отснятый материал с их свадьбы. Для второй пары он подготовил и выслал другую ссылку с Облака с их свадебными фотографиями. Обе пары проверили ссылки, которые им прислал фотограф. Заодно они посмотрели свои фото, остались довольны. Одна пара ничего не стала делать с полученными фото, а вторая пара скачала их на свой компьютер и еще сохранила на флешку. Затем обе пары уехали на месяц. Напишите в комментариях, какой вариант надежнее и почему.

  Впервые опубликовано 12 января 2010
  Последнее обновление 21 мая 2020

  Содержание

  Аппаратное обеспечение вычислительных систем — обобщённое название оборудования, на котором работают компьютеры и сети компьютеров.

  К аппаратному обеспечению обычно относят:

  (процессоры)
  • системную логику

  Некоторая часть задач, выполняемая аппаратным обеспечением может быть выполнена частично или полностью с помощью программной эмуляции, например, в персональных компьютерах часто используется программная реализация протоколов связи модемов, программная эмуляция функций отрисовки 3D изображений. Обычно перенос выполняемой задачи из аппаратной части в программную уменьшает стоимость оборудования, но увеличивает нагрузку на центральный процессор.

  В случае существенной нагрузки на процессор определённого рода задачами, для повышения производительности производят обратную операцию: аппаратно реализуют часть алгоритма, уменьшая участие процессора в выполнении алгоритма.

  Примеры аппаратной реализации алгоритмов, которые могли бы быть реализованы программно:

  Персональный компьютер

  

  В состав системного блока входят:

  с припаянными или установленными на ней:
  — взаимосвязанный набор микросхем, логика которого в наибольшей степени определяет то, каковы прочие элементы компьютера. — программное обеспечение в ПЗУ материнской платы. охлаждения процессора как основного тепловыделяющего элемента современного компьютера. и кэш
  • слоты расширения шин — PCI, PCI-E, USB, FireWire, AGP (устарела), ISA (устарела), EISA (устарела) устройств — хранения: IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения. (встроенный или в виде отдельной платы), передающий сигнал на монитор (сетевая плата)

  Через контроллеры к материнской плате при помощи шлейфов кабелей, сигнальных и питания, подключаются находящиеся внутри системного блока возможные элементы:

  (их может быть несколько, они могут быть объединены в RAID-массив)
  • оптический накопитель типа CD-ROM и другие устройства.

  Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства в различных сочетаниях:

  

  Внутреннее устройство ПК

  Давайте заглянем внутрь, чтобы узнать из чего состоит ПК. Полный список комплектующих:

  1. процессор,
  2. оперативная память,
  3. материнская плата,
  4. система охлаждения,
  5. видеокарта,
  6. дисковая система (жёсткий диск и SSD),
  7. блок питания,
  8. корпус,
  9. звуковая карта,
  10. оптический привод.

  Необходимый перечень аппаратного обеспечения

  Первые 7 комплектующих строго необходимы для работы компьютера. Корпус тоже почти всегда используется, хоть и не несёт критических функций. Таким образом, в состав системного блока обычно входит 8 компонентов.

  Видеокарта — крайне нужный компонент, который отвечает за вывод изображения, но вместо отдельной видеокарты может использоваться видеочип расположенный внутри процессора. Таким образом, отдельной карты в ПК может и не быть.

  Рассмотрим каждую часть по отдельности.

  Процессор (ЦПУ, ЦП)

  

  ЦПУ (центральное процессорное устройство) — это главный компонент аппаратного обеспечения компьютера, который управляет работой ПК и производит все вычисления. Процессор — мозг, обдумывающий и решающий все задачи.

  Основные характеристики ЦП:

  • частота,
  • количество ядер,
  • объем кэша,
  • техпроцесс.

  Частота процессора показывает количество операций, выполняемых в единицу времени. Чем выше показатель, тем выше производительность, но больше потребление энергии и тепловыделение.

  В последнее время, всё больше классификатором процессоров по скорости становится количество ядер. «Одна голова хорошо, а две лучше». Во втором десятилетии 21 века четыре ядра больше не вызывают удивления. Сейчас на массовом рынке в ходу восьмиядерные ЦП и даже доступны решения на 10, 12 и 16 ядер. Но их количество в отличие от частоты не всегда дают прирост. Дело в том, что далеко не каждая программа умеет распределять задачи по всем доступным потокам.

  Кэш — это память внутри ЦПУ, которая характеризуется наивысшей скоростью и используется процессором в первую очередь. Чем больше у микропроцессора такой памяти, тем лучше.

  При производстве микросхем применяется специальное литографическое оборудование, которое имеет определённую разрешающую способность (техпроцесс). Уменьшение технологического процесса позволяет уместить больше транзисторов на подложке меньшего размера.

  Оперативная память (ОЗУ)

  

  ОЗУ — временная память, в которой хранятся данные во время работы ЭВМ. Кэш процессора отличается крайне ограниченным объёмом, поэтому большинство данных, нужных для выполнения программ, загружаются в оперативную память.

  Основные характеристики: поколение DDR, объем, частота. Сейчас актуален стандарт DDR4, но уже не за горами внедрение DDR5. Новые поколения приносят более высокие частоты и меньшее энергопотребление.

  Объём памяти измеряется в гигабайтах. Само собой, больше — лучше. Так как, чаще всего, ОЗУ функционирует в двухканальном режиме, то желательно количество планок кратное двум. Например, две планки на 4 гигабайта, которые дадут 8Гб в сумме. На массовых материнских платах почти всегда 4 слота для оперативной памяти, но на компактных версиях МП может быть и 2 слота.

  Материнская плата

  

  Материнская плата — системная плата, предназначенная для соединения и обеспечения взаимодействия всех компонентов персонального компьютера.

  • Сокет, в который устанавливается процессор.
  • Чипсет — микросхема, которая регулирует работу внутренних компонентов системного блока.
  • Слоты для установки оперативной памяти.
  • PCI слоты для подключения видеокарты и других плат расширения.
  • SATA разъёмы для подключения жёстких дисков и SSD дисков.
  • Другие внутренние разъёмы.
  • Внешние порты для пользователя.

  МП определяет количество модулей, которые можно подключить к компьютеру. Также она разрешает пользователю присоединять внешние устройства. Сейчас платы почти всегда содержат в себе звуковой чип (звук) и сетевой чип (выход в интернет), то есть, больше нет необходимости в отдельной звуковой карте или сетевой карте. Материнская плата не оказывает прямого влияния на производительность системы, но ощутимо влияет на функциональность.

  Система охлаждения (кулер)

  

  Во время работы процессор нагревается, поэтому приходится использовать охлаждение. Кулер представляет собой радиатор с вентилятором. Радиатор рассеивает тепло, а вентилятор выталкивает горячий воздух из рёбер. На эффективность охлаждения влияет размер и качество радиатора, а также количество, качество и скорость вентиляторов. Для компенсации неровностей поверхности кулера и крышки ЦПУ используется теплопроводящая паста. Термопопасту наносят тонким слоем, чтобы заполнить мелкие неровности и улучшить контакт между поверхностями.

  Также в корпус ставят один или больше вентиляторов для лучшей циркуляции воздушных потоков. Как правило, спереди ставят вентиляторы на вдув для притока холодного воздуха, а сзади и сверху на выдув горячего воздуха из системного блока.

  Видеокарта

  

  Видеокарта — графический адаптер, отвечающий за обработку и вывод изображения на экран монитора. Кстати, ПК может действовать без видеокарты, но вы попросту ничего не увидите на экране, поэтому для вывода изображения нужен хоть какой-то графический адаптер.

  Процессор покупается отдельно, его питание распаяно на материнской плате, кулер тоже самостоятельный компонент, который каждый приобретает самостоятельно или использует стандартный из BOX комплектации ЦП. Видеоадаптер — это комплексный компонент, которое включает в себя видеочип, собственную память, систему питания и охлаждение.

  В современных компьютерах видеокарта — это второй вычислительный элемент. Чаще всего, мощные графические адаптеры используются для прорисовки графики в играх, но и для рабочих приложений (например, видеомонтаж, 3d-моделирование) видеокарта тоже полезна. Профессиональное программное обеспечение ощутимо чаще использует не только процессор, но и графическую плату.

  Графическое ядро, встроенное в ЦП значительно менее производительное ввиду ограниченности пространства и проблем с нагревом, однако, позволяет отказаться от отдельной платы в системном блоке, а для офисных задач такой мощности вполне хватает.

  Дисковая система

  

  Для хранения данных в ПК присутствует дисковая система. Благодаря ей вы можете сохранять документы, книги, фильмы и другие данные. Также дисковая система может быть использована и для хранения временных данных. Когда заканчивается место в оперативной памяти, операционная система переносит данные в файл подкачки. Такая виртуальная память позволяет выполнять программы, которые требует оперативной памяти больше чем доступно в ПК. Скорость хранилища значительно меньше скорости ОЗУ, поэтому выполнения задачи будет длиться намного дольше.

  Существует два основных вида накопителей. Жёсткий диск — накопитель на жёстких магнитных дисках. Внутри него установлена одна или несколько алюминиевых пластин. ЖД обычно вращается со скоростью 5400 об/мин или 7200 об/мин. Но даже таких скоростей не хватает для того, чтобы бороться с новым поколением накопителей.

  

  Твердотельный накопитель – немеханическое запоминающее устройство, внутри которого нет движущихся деталей. В SSD дисках используется флеш-память, которая более дорогая, но значительно быстрее и полностью бесшумна при работе. Твердотельные накопители даже преодолели порог скорости порта SATA, поэтому появились NVMe модели, которые использует шину PCI Express, как и видеокарты.

  SSD более быстрые, но цена за гигабайт всё ещё очень высока, но уже сейчас есть тенденция к отказу от жёстких дисков.

  Блок питания

  

  Компьютер, как и другая техника не может функционировать без электричества, поэтому нужен блок питания. БП не только выдаёт нужное количество мощности, но и производит преобразования для всех устройств. Для разных компонентов подаётся разное постоянное напряжение, используются различные коннекторы.

  Блок питания, прежде всего, выбирают по выходной мощности. Стандарт эффективности 80 Plus поможет определить уровень КПД, а длительность гарантии укажет на качество схемотехники.

  Корпус

  

  Компьютерный корпус выполняет следующие задачи:

  1. Объединяет комплектующие в одной коробке и защищает компоненты от механических повреждений. Также закрепляет составляющие ПК. Например, жёсткие диски боятся тряски во время работы.
  2. Ограждает человека от компьютера, например, на случай возгорания.
  3. Поглощает лишний шум и вибрации.
  4. Грамотно спроектированный корпус охлаждает компоненты лучше, чем открытый стенд.
  5. Несёт эстетическую функцию.

  При выборе корпуса убедитесь, что он подходящего размера и содержит все требуемые слоты расширения.

  Звуковая карта

  

  Отдельная звуковая карта давно не является требуемым компонентом ПК. Материнские платы содержат в себе звуковой чип, который хорошо справляется со своей задачей. Тем не менее, звуковые карты до сих пор обладают спросом среди людей, которые хотят получить высокий уровень качества звука. Также музыканты используют специальные ЗК для записи и мониторинга полученного материала.

  Оптический привод

  

  Дисковод уже практически не используется, но пока ещё заслуживает упоминания. С развитием флеш-памяти (флешек) и интернета дисковые накопители практически полностью изжили себя. Скорость чтения и особенно записи по нынешним меркам оставляет желать лучшего. Привод шумит во время своей работы, а также диски легко повредить.

  Например, компания Apple начала отказываться от дисковода в MacBook уже в 2012 году. В данный момент даже бюджетные компьютерные корпуса часто идут без разъёма для привода. Ещё пару лет и оптический привод окончательно отправится в музей компьютерных комплектующих.

  Первые шаги IBM

  Изобретение кремниевой интегральной схемы, которая позволила размещать на одном кристалле десятки транзисторов, положило начало третьему поколению (1965-1980) компьютеров. Они были меньше по размеру и работали быстрее. Здесь нужно отметить компанию IBM, которая первая задалась вопросом совместимости разных компьютеров и начала производить целую серию под названием 360. Программное и аппаратное обеспечение моделей серии 360 различались по параметрам, но снабжались схожим набором команд, благодаря чему они были совместимы. Также машины 360 были способны эмулировать работу других компьютеров, что являлось большим прорывом, так как позволяло запускать программы, написанные под другие машины. Тем временем DEC оставались лидерами рынка мелких компьютеров.

  

  Клавиатура

  Клавиатура является неотъемлемым устройством ввода любого компьютера. Клавиатура представляет собой группы клавиш для ввода символьной информации. Также многие современные клавиатуры оснащаются дополнительными клавишами, например, для управления медиаплеерами и различными программами.

  

  Мышь предназначена для перемещения системного указателя по объектам операционной системы – окнам. Обычно мышь имеет две кнопки и колесо прокрутки. Технически мыши могут быть оптическими и лазерными. Последние имеют более высокую точность и качество работы.

  

  Дополнительные периферийные устройства персонального компьютера выполняют роль помощников и предназначены для расширения возможностей персонального компьютера. Аудиоколонки (динамики) предназначены для воспроизведения звука, принтер – для получения бумажной копии любого электронного документа или изображения, сканер – позволяет создать электронный образ с бумажного носителя и т.д. К компьютеру можно подключить и другие периферийные специализированные и диагностические устройства, которые практически безгранично расширяют область его применения.

  Персональный компьютер, несмотря на кажущуюся, на первый взгляд свою сложность достаточно прост в работе и требует лишь немного терпения и упорства пользователя в его изучении. Помните, что компьютер был создан для облегчения нашей с вами работы и повышения производительности труда, поэтому не стоит сомневаться в его способностях выполнить ту или иную задачу.