Как устроен компьютер
За последние десятилетия технологии персональных компьютеров шагнули далеко вперёд и продолжают развиваться с поразительной скоростью. Машины, которые когда-то едва умещались в огромных помещениях, сейчас легко расположить у себя на ладони. Они не только уменьшились в размере.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
Сегодняшний персональный компьютер несравненно более мощный, чем модель, выпущенная всего несколько лет назад.
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
Современные компьютеры состоят из множества деталей, которые работают в слаженной системе и создают стабильный эффективный инструмент.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
Постоянное развитие оборудования и программного обеспечения делают процесс обучения для работы с компьютером трудновыполнимой задачей, требующей постоянного усовершенствования и вникания. Но некоторые понятия и детали остаются неизменными. Рассмотрим их и станем на шаг ближе к великому знанию о схеме работы персонального компьютера и пониманию того, как устроен компьютер.
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
Материнская плата
Motherboard, Материнская плата
Материнская плата [Motherboard] — главная плата компьютера. Многослойная плата, которая отвечает за взаимодействие других компонентов (объединяет их в единую систему), включая процессор, оперативную память, дисководы DVD, жесткие диски и т.д., в том числе периферийные устройства, которые подключаются через слоты расширения или порты.
Основные разъемы материнской платы
Кроме разъема центрального процессора (сокета), системная плата содержит другие разъемы:
• Слоты модулей ОЗУ, к которым подсоединяются модули оперативной памяти соответствующего типа;
• PCI (Peripheral component interconnect — взаимосвязь периферийных компонентов) — это шина с небольшой пропускной способностью, которой, однако, достаточно для подключения многих устройств (TV-тюнеров, звуковых карт, карт для захвата видео, сетевых карт, Wi-Fi-модулей и др.);
• РСI-Express — быстрая шина для видеокарты, создана с использованием программной модели PCI. В зависимости от чипсета, таких шин на материнской плате может быть несколько, и они могут иметь разную пропускную способность (x16 или меньше). Конфигурация с несколькими РСI-Express позволяет использовать сразу несколько видеокарт, что делает видеоподсистему компьютера более производительной.
• USB — разъем для подключения периферийных устройств. Известен всем в первую очередь как разъем, к которому можно подключить флешку, цифровой фотоаппарат, видеокамеру, телефон и др. Он бывает нескольких спецификаций: USB 1.0 (пропускная способность до 12 Мбит/с), USB 2.0 (до 480 Мбит/с) и самый новый USB 3.0 (до 4800 Мбит/с). USB 1.0 и 2.0 внешне одинаковы, имеют 4 контакта. USB 3.0 имеет вдвое больше контактов, хотя и поддерживает возможность подключения более старых устройств (рассчитанных на USB 1.0 и 2.0).
• SATA (Serial Advanced Technology Attachment — цифровое подсоединение по передовой технологии) — служит для подсоединения накопителей информации (жестких дисков или SSD, оптических приводов). Скорость передачи данных зависит от ревизии SATA: 1.x — до 1,5 Гбит/с; 2.x — до 3 Гбит/с; 3.x — до 6 Гбит/с.
• PATA (Parallel ATA) — является предшественником SATA и до его появления назывался IDE (название можно встретить до сих пор). PATA предназначен для подключения старых носителей информации и поскольку последние еще продолжают служить своим владельцам, этот интерфейс сохраняется на новых материнских платах для обеспечения совместимости;
• Floppy — разъем для подключения привода дискеты 3,5. Как ни странно, эти носители все еще не полностью вышли из употребления;
• Разъемы для подключения блока питания. Основной разъем, питающий все компоненты (ATX) имеет 24 контакта. Питание центрального процессора может иметь 4 или 8 контактов (в зависимости от мощности процессора, на который рассчитана материнская плата).
Кроме того, на системной плате имеются различные игольчатые гребенки, предназначенные для подключения передней панели корпуса (кнопки Power, Reset, индикаторы процессора и жестких дисков, наушники, микрофон, USB), куллеров (вентиляторов) процессора, корпуса, жестких дисков и др.
На материнской плате есть также разъемы звуковой карты, сетевого адаптера (RJ45) и др. На моделях системных плат с интегрированным графическим процессором или рассчитанных на процессоры, содержащие в себе графическое ядро, есть соответствующие разъемы для подключения мониторов (VGA, DVI, HDMI).
Системная плата включает еще одну важную часть — микросхему ПЗУ (ее часто называют ROM BIOS), которая замыкается на южный мост чипсета. В этой микросхеме хранится базовая программа управления компьютером, называемая базовой системой ввода-вывода и больше известна как BIOS (basic input-output system). В отличии от операционной системы и другого программного обеспечения, устанавливаемых на жесткий диск, BIOS доступен компьютеру без подключения винчестера и остальных элементов. Это программное обеспечение определяет порядок взаимодействия составных частей компьютера между собой. В зависимости от чипсета материнской платы и версии BIOS, его настройками можно определить источник загрузки компьютера, изменить частоту шины процессора, тайминги модулей оперативной памяти (изменив их производительность), а также настройки многих других устройств, отключить отдельные элементы (сетевую плату, дисковод 3,5 и др.) и многое другое.
Компьютер всегда запускается и работает с учетом данных BIOS. Если микросхему ПЗУ повредить или внести в BIOS настройки, не совместимые с работоспособностью системы, компьютер не запустится. В последнем случае для решения проблемы достаточно «обнулить» настройки BIOS до стандартных («заводских») параметров. Для этого нужно на непродолжительное время вынуть из соответствующего разъема материнской платы батарейку, питающую микросхему ПЗУ (типа CR2032, внешне похожа на монету). Обнуление BIOS также происходит, когда эта батарейка розряжается (первый признак этого — при выключении компьютера сбивается системное время).
Скорость доступа к микросхеме ПЗУ низкая. Чтобы это не влияло на быстродействие компьютера, большинство системных плат создаются таким образом, что при запуске системы, BIOS из микросхемы ПЗУ копируется в специально зарезервированную область оперативной памяти, называемую Shadow Memory (теневая память), скорость доступа к которой значительно выше.
Современные микросхемы ПЗУ позволяют менять BIOS на другие версии. Эта операция называется перепрошивкой BIOS, выполняется при помощи специального программного обеспечения (обычно доступного на сайте производителя системной платы), и требует серьезного подхода, поскольку в случае неудачи может повлечь за собой плачевные последствия, вплоть до необходимости приобретения новой материнской платы. Поэтому без крайней необходимости перепрошивать BIOS не нужно. Новые версии иногда позволяют решить проблемы совместимости системных плат с новыми устройствами, добавить отдельные варианты настроек или устранить мелкие недочеты. Но если система и без того работает стабильно, лучше не рисковать.
Что ещё можно подключить к компьютеру
- TV-тюнер. Преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Может быть совмещён с радио. Показывает телевидение на компьютере
- Внешние переносные жёсткие диски.
- NAS-хранилище. Общее хранилище фалов для всех компьютеров дома.
- Другой компьютер (через домашний роутер).
- Смартфон.
- Картридеры и внешние CD/DVD/Blue-Ray приводы.
- Проектор.
- Флешку.
- Джойстик.
- Плоттер.
- Микрофон.
- И многое другое.
Помимо оборудования в компьютер должно быть загружено определённое программное обеспечение. Обязательно нужна операционная система Windows или Linux. А через Интернет можно достать остальные программы.
Характеристики материнских плат
Как обычно, не забываем затронуть вопрос основных характеристик материнской платы. Итак, начнем:
- Форм-фактор – как было уже сказано, этот параметр, включает в себя размер, места крепления материнки, а также разъемы для дополнительных устройств;
- Тип сокета материнской платы – гнездо, куда устанавливается ЦП. Важный параметр, поскольку мы знаем, что конкретный вид процессоров требует определенный разъем;
- Число слотов и поддерживаемый тип ОЗУ — первое указывает на возможности увеличения объема оперативной памяти, второе — на скорость ее работы;
- Частота системной шины — напрямую влияет на производительность компьютера. Чем больше — тем выше будет производительность ПК. Естественно, это не единственный фактор, влияющий на скорость работы компьютера, однако необходимо подбирать компоненты так, чтобы частота системной шины не была меньше, чем у других элементов;
- Чипсет — один из главнейших пунктов при выборе материнской платы. По-большому счету, именно от него зависит тип процессора, который можно будет использовать, памяти, поддержка различной периферии и т.д;
- Количество слотов PCI и PCI Express — от этого будет зависеть количество и возможность подключения как видеокарт, так и других плат расширений используемых данный интерфейс;
- Число гнезд SATA – позволит понять сколько HDD, SDD, и приводов оптических дисков возможно подключить;
- Наличие и характеристики интегрированных: сетевой, графической и звуковой карт — позволит понять на что будет способен ваш ПК без покупки их дискретных аналогов;
- Наличие и количество внешних разъемов — как для стационарного компьютера, так и для ноутбука важно наличие хотя бы 3 USB портов, выхода на наушники и входа для микрофона. Кроме того зачастую также необходим Ethernet порт, VGA (уже довольно старый), HDMI. Хотя здесь больше необходимо отталкиваться от собственных потребностей.
Как определить, какая материка установлена
Существует три способа определения типа системной платы, установленной в ПК:
- При помощи программ диагностики. Таковыми могут быть CPU-Z, AIDA, PC Wizard и прочее.
- При помощи DMI. Этот способ, скорее, применим для программистов. Частично он реализован в «Свойствах системы» ОС Windows, но тип материнской платы там отображается не всегда.
- Визуальный. Разобрать системный блок и посмотреть надпись на плате. Традиционно, она находится между слотами расширения.
Первый способ самый простой и предпочтительный. Кроме того, он абсолютно безопасен и может применяться, когда вскрыть системный блок невозможно. Например, если ПК находится на гарантии.
Импульсный стабилизатор
Электронику материнской платы можно условно разделить на несколько частей.
Одна из них – импульсный стабилизатор питания ядра процессора. Дело в том, что блок питания компьютера выдает напряжения +3,3 В, +5 В, +12 В, -12 В, и это жестко закреплено стандартами. А для питания ядра (ядер) процессора используется напряжение немногим более 1 В.
Процессор может потреблять мощность в десятки ватт, т.е. через стабилизатор проходят токи в десятки ампер! Стабилизатор сделан на полевых транзисторах (ПТ) и расположен обычно в непосредственной близости от процессора. Это, пожалуй, самая нагруженная часть, и вероятность выхода ее из строя повышена.
Чаще всего выходят из строя конденсаторы фильтра, реже – пробиваются полевые транзисторы. В фильтре применяются специальные электролитические конденсаторы – с малым ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Несмотря на низкие значения этой величины (сотые доли Ома), конденсаторы все равно работают в тяжелом режиме.
Именно стремлением понизить общую величину ESR и вызвано применение нескольких конденсаторов, включенных параллельно (а не одного-двух большей емкости). Их эквивалентные сопротивления также включены параллельно, поэтому общая величина ESR уменьшается. Чем меньше величина эквивалентного сопротивления, тем меньше будет греться конденсатор.
Выводы
Материнская плата — сложное устройство, соединяющее между собой все компоненты компьютера, управляющее их работой, и определяющее количество подключаемого к ПК оборудования. Эта плата определяет характеристики вашего ПК и устанавливает ограничения по его апгрейду.
Очень надеюсь, что статья была для вас полезной. Всего хорошего, до новых интересных статей!
