Устройство компьютера
Компьютер, в обыденном понимании, состоит из системного блока, монитора, клавиатуры, мышки, аудиосистемы. К нему можно подключить геймпад, принтер, сканер и много других устройств.
Но самой главной, сложной и дорогостоящей частью компьютера является системный блок. Собственно, это и есть компьютер (в классическом понимании). Остальные устройства предназначены лишь для ввода и вывода информации в различной форме. Потому они и называются периферийными (английское слово peripheral переводится как «второстепенный, внешний, окружной, удаленный»).
Если к системному блоку присоединить более современный монитор, клавиатуру или мышь, станет удобней смотреть фильмы, работать с текстом или играть, но возможности компьютера от этого не улучшатся. Более того, при отключении любого из периферийных устройств компьютер будет продолжать работать, поскольку все вычислительные процессы происходят внутри системного блока.
О его строении и пойдет речь в этой публикации.
Системный блок состоит из нескольких ключевых частей, без которых компьютер не может функционировать — это материнская плата, процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство и блок питания. Критически важным является также наличие видеокарты, без которой невозможен вывод из компьютера графической информации.
Внутрь системного блока могут устанавливаться другие устройства, которые, по сути, являются «внутренними» аналогами периферийных устройств и без них вполне можно обойтись (телевизионные тюнеры, карты захвата видео, звуковые карты, модемы, wi-fi модули, дисководы, карт-ридеры и др.).
Системный блок
В системном блоке размещаются основные устройства ПК, осуществляющие переработку и хранение информации. Непосредственно переработку информации производит процессор, размещенный на материнской плате системного блока. Основная характеристика процессора — его быстродействие, иначе называемое «тактовая частота». Единица измерения тактовой частоты — мегагерц (МГц), Современные офисные ПК оснащены процессорами с тактовой частотой 200. 400 МГц. Кроме того, на материнской плате системного блока расположено оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память 1 . ОЗУ хранит информацию, в данный момент перерабатываемую процессором. Необходимо отметить, что информация в оперативной памяти хранится только при включенном ПК. После выключения ПК вся информация из ОЗУ пропадает. Основная характеристика ОЗУ — объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены ОЗУ объемом 32. 64 Мб. Постоянное хранение информации производится на жестком диске 2 , который также называют «винчестер». Основная характеристика жесткого диска — объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены жестким диском объемом 3. 7 Гб. Для работы с внешними носителями информации системный блок имеет 1 или 2 дисковода для дискет 3 , а также устройство для работы с лазерными компакт-дисками 4 . В последнее время используются почти исключительно дискеты размером 3,5″ с объемом хранимой информации 1,44 Мб. Иногда еще встречаются дискеты размером 5″ с объемом хранимой информации до 1,2 Мб. Компакт-диск может содержать информацию объемом до 640 Мб. Кроме перечисленных устройств, в системном блоке расположены и другие устройства, обеспечивающие работу ПК: блок питания, видеоплата, контроллеры, платы управления внешними устройствами.
Монитор служит для отображения информации. Подавляющее число современных мониторов цветные. Большинство мониторов оснащено электронно-лучевой трубкой и работает по принципу телевизора. Монитор имеет собственную кнопку включения и выключения, а также кнопки или регуляторы для настройки яркости, контрастности и размера изображения. Современные офисные ПК имеют мониторы с размером экрана по диагонали 15″ (38 см) или 17″ (43 см).
Компоненты
Каждый компонент входящий в состав системного блока имеет свою функцию. В его состав входит электронное оборудование, которое работает одновременно для выполнения расчетов и передачи результатов на соответствующие устройства ввода и вывода.
Материнская плата – основная плата компьютера, известна так же, как системная плата. Состоит из микроскопических электронных цепей (шин) и транзисторов (электронных переключателей, размыкающих и смыкающих цепь для пробегающих сигналов). Несъемными (основными) компонентами материнской платы выступают чипсет, чипы памяти, контроллеры внешних устройств и связующие элементы. Также могут устанавливаться дополнительные детали (карты расширения: видео- и звуковая карты, сетевая плата).
Центральное процессорное устройство (ЦПУ) – микропроцессор, центральный электронный чип, изготавливаемый из кремния, который выполняет все привычные функции: ввод, обработку, хранение и воспроизведение различных данных и алгоритмов. Процессор определяет мощность обработки данных (частоту).
Память – часть ПК, служащая для временного хранения документов, приложений и операционной/системной информации. Делится на ПЗУ и ОЗУ.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – память, необходимая для хранения данных и инструкций, которые используются ЦПУ для выполнения какой-либо задачи. Эти инструкции обычно загружаются в оперативную память из вторичного запоминающего устройства. Также используется для хранения данных, которые предписывают процессору, как работать с различными частями компьютера (эти инструкции называются драйверами).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – память, содержащая данные, использующиеся ЦПУ, сообщает процессору вид компьютера (на базе Windows, Macintosh), определяет работу различных частей компьютера, запускает программы, непосредственно доступные в ЦПУ (например, тестирование правильной работы компонентов материнской платы при запуске компьютера).
Объем ОЗУ имеет решающее значение, так как он определяет, сколько операций может быть выполнено за один раз и сколько данных может быть легко доступно программе.
Слот расширения – разъемы на материнской плате для подключения внешних адаптеров.
Порты и разъемы – «соединители» внешних устройств с ПК, находящиеся на материнской плате или отдельно от нее. В большинстве блоков лицевая сторона содержит разъемы, часто необходимые пользователю, такие как аудио-разъем для пары наушников, ряд USB-соединений. Задняя сторона содержит все остальные – для блока питания, монитора, клавиатуры, мыши, адаптера подключения к Интернету и любых других периферийных элементов.
Отсеки – пространство внутри корпуса , в котором размещается жесткий диск, SSD, CD-ROM привод, кардридер и др.
Источник питания – прибор, который преобразует привычный домашний электрический ток в ток, который может использоваться непосредственно компьютером.
Жесткий диск – устройство внутри корпуса компьютера или вне его, которое используется для хранения и упорядочивания информации.
На фронтальной части располагаются кнопки и индикаторы, которые облегчают интуитивное взаимодействие пользователя с компьютером. Так, обычно там находятся кнопки включения / выключения, перезагрузки, а также индикаторы работы блока питания и различной периферии (жесткого диска и других накопителей).
Корпуса могут быть различными по форме и габаритам, которые определяются необходимым функционалом ПК. Так, СБ бывают горизонтальными и вертикальными, в свою очередь подразделяясь на различные виды (Desctop, SlimLine, MiniTower и др.). Также можно найти модифицированные дизайнерские модели нестандартных форм и размеров или сделанные из необычных материалов (с использованием стекла, гофрокартона).
Некоторые современные компьютеры сочетают в себе и системный блок, и монитор. Такие устройства называются моноблоками. В этом случае монитор является частью СБ. Хотя ноутбуки также имеют встроенные дисплеи, они не называются системными блоками, поскольку этот термин относится только к настольным компьютерам.
Назначение системного блока
Как я отметил выше, у системного блока может быть два определения, в первом случае, это почти готовый компьютер, во втором, лишь корпус к нему. Для того чтобы не возникло путаницы, рассмотрим функционал каждого в отдельности.
Представляет собой корпус и заключенные в него функциональные элементы компьютера. Именно системный блок определяет на сколько «крут» будет ваш компьютер, ведь в его состав входят элементы, от которых напрямую зависит быстродействие и производительность вашей вычислительной машины.
На картинке корпус с определением его основных элементов.
Если вы хотите приобрести сразу собранный корпус, советую ознакомиться с материалом: «Как купить готовый компьютер».
Если вы желаете купить новый системный блок: «Как выбрать корпус для домашнего компьютера».
Оперативная память
RAM, Оперативная память
Оперативная память [ОЗУ — Оперативно Запоминающее Устройство, RAM — Random-Access Memory, Модуль памяти] — это аппаратное устройство которое взаимодействует с центральным процессором. Предназначена для временного хранения и обработки программ и информации. За счет того что доступ к информации осуществляется случайно, а не последовательно, процессор обрабатывает информацию намного быстрее, чем читал бы ее непосредственно с жесткого диска. Но в отличии от остальных запоминающих устройств, ОЗУ является энергозависимой памятью (при отключении питания, вся информация находящиеся в ОЗУ теряются).
Видео YouTube
Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых — сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.
Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.
Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.
Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:
устройства ввода информации
устройства обработки информации
устройства вывода информации.
Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств
Базовая аппаратная конфигурация ПК. Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.
Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:
Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер.
Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.
Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Мышь — устройство «графического» управления.
Внутренние устройства персонального компьютера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей, например гибких магнитных дисков. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку — они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен — для обычной работы он не требуется.
Процессор. Микропроцессор — основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора — тактовая частота (измеряется в мегагерцах, МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Так, например, при тактовой частоте 500 МГц процессор может за одну секунду изменить свое
состояние 500 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций.
Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения», — оперативная память — с нею он работает совместно. Оттуда поступают данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора (они называются регистрами), а потом преобразуются в соответствии с содержанием команд. Более полную картину того, как процессор взаимодействует с оперативной памятью, вы получите в главах, посвященных основам программирования.
Оперативная память. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Объем оперативной памяти измеряется в миллионах байтов — мегабайтах (Мбайт).
Процессор может обратиться к любой ячейке оперативной памяти (байту), поскольку она имеет неповторимый числовой адрес. Обратиться к индивидуальному биту оперативной памяти процессор не может, так как у бита нет адреса. В то же время, процессор может изменить состояние любого бита, но для этого требуется несколько действий.
Материнская плата. Материнская плата — это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, — так называемые шины. Различают шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем — так называемый чипсет.
Видеоадаптер. Видеоадаптер — внутреннее устройство, устанавливаемое в один из разъемов материнской платы. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором.
По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.
В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.
Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).
Жесткий диск. Поскольку оперативная память компьютера очищается при отключении питания, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. В настоящее время для этих целей широко применяют так называемые жесткие диски.
Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.
Основным параметром жесткого диска является емкость, измеряемая в гигабайтах (миллиардах байтов), Гбайт. Средний размер современного жесткого диска составляет 80 — 160 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.
Дисковод гибких дисков. Для транспортировки данных между удаленными компьютерами используют так называемые гибкие диски. Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость 1,44 Мбайт. По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных, но низкая стоимость носителей и высокая степень готовности к работе сделали гибкие диски самыми распространенными носителями данных.
Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство — дисковод. Приемное отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.
Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее записанные данные — производить запись на них нельзя. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.
Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM— скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х — 52х.
Основной недостаток дисководов CD-ROM — невозможность записи дисков — преодолен в современных устройствах однократной записи — CD-R. Существуют также устройства CD-RW, позволяющие осуществлять многократную запись.
Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический.
Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.
Сетевой адаптер. Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и можно подавать новые. Так осуществляется передача.
Когда сетевой адаптер «узнает» от соседнего адаптера, что у того есть порция данных, он копирует их к себе, а потом проверяет, ему ли они адресованы. Если да, он передает их процессору. Если нет, он выставляет их на выходной порт, откуда их заберет сетевой адаптер очередного соседнего компьютера. Так данные перемещаются между компьютерами до тех пор, пока не попадут к адресату.
Сетевые адаптеры могут быть встроены в материнскую плату, но чаще устанавливаются отдельно, в виде дополнительных плат, называемых сетевыми картами.
