Назначение и виды портов ввода-вывода на компьютере

Аппаратное обеспечение персонального компьютера
статья на тему

Аппаратное обеспечение компьютера — это все электронные и механические устройства компьютера.

Общая схема аппаратного обеспечения компьютера:

Структура аппаратного обеспечения персонального компьютера:

• системная плата (материнская плата) — на ней размещены:

• процессор (центральный процессор)+система охлаждения,
• внутренняя память,
• системная шина,
• слоты.

• платы периферии (могут быть встроены в системную плату) — на них размещены контроллеры устройств ввода-вывода+разъемы:

• контроллеры дисководов,
• видеокарта (видеоконтроллер, графическая плата),
• звуковая карта (звуковой контроллер, звуковая плата),
• сетевая карта (сетевой адаптер, сетевая плата),
• контроллеры других устройств,

• устройства ввода и вывода:

• дисководы:

• дисковод на жеском диске,
• привод гибких дисков (дисковод для дискет),
• привод оптических дисков (привод CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RW),
• стример

• другие устройства;

• блок питания

Общую схему компьютера можно посмотреть здесь .

Рассмотрим подробно каждое устройство и его функции.

Процессор — устройство, выполняющее арифметические и логические операции, и управляющее другими устройствами компьютера.

В его состав входят:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• устройство управления (УУ);
• регистры;

Современные процессоры работают согласно принципам машины фон Неймана (архитектуре фон Неймана).

Система охлаждения процессора — используется для отвода тепла от нагревающихся процессора. Чаще используется воздушное охлаждение с помощью кулера (вентилятор+радиатор).

В ее состав входят:

• оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая память (при выключении компьютера вся записанная на ней информация стирается). ОЗУ используется для чтения и записи. В ОЗУ хранятся выполняемые программы и данные, которые они обрабатывают (Например, если мы работаем в Word(е) в ОЗУ находится данная программа и текст, с которым мы работаем. Если документ не сохранить, т.е. не записать во внешнюю память (винчестер, флэшка), то при выключении компьютера данные будут потеряны).
• постоянная память или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергонезависимая память (при выключении компьютера вся записанная на ней информация сохраняется). ПЗУ используется только для чтения, на ней хранится информация, которая никогда не будет изменяться.
• специальная память:

• постоянная память, которую можно перепрограммировать (Flash-память). Основной микросхемой является BIOS (basic input-output system, базовая система ввода-вывода), на ней хранятся программы загрузки операционной системы в ОЗУ и тестирования устройств при включении компьютера. Также BIOS содержит сервисные функции. Через BIOS операционная система обращается к аппаратному обеспечению (через драйверы устройств).
• память CMOS (питается от батарейки) — хранит информацию о составе и конфигурации оборудования, режиме работы. Эта информация изменяется специальной программой, находящейся в BIOS.
• видеопамять — оперативная память, используется для хранения данных, из которых формируется изображение на экране (текст и графика)

• регистры процессора — память внутри процессора, свербыстрая оперативная память;
• кэш-память — для увеличения скорости обмена данными между процессором и оперативной памятью. Кэш-память управляется контроллером, который анализирует исполняемую процессором программу и пытается предугадать, какие данныекоманды могут понадобиться процессору в ближайшее время и записывает их из оперативной памяти в кэш-память.

Системная шина (информационная магистраль) соединяет устройства внутри системного блока компьютера и обеспечивает их взаимодействие. Это набор дорожек на на материнской плате, по которым передается информация в виде сигналов.

В ее состав входят:

• шина адреса — для передачи адреса, куда передаются данные: ячейка памяти или устройство вводавывода;
• шина данных — для передачи самих данных между процессором и памятью или устройством вводавывода;
• шина управления (вспомогательная шина) — для передачи сигналов управления (например, сигнал записи или чтения, сигнал обращения к памяти или устройству вводавывода).

Слот — внутреняя розетка для подключения устройств внутри системного блока.

Контроллер устройства ввода и вывода — микропроцессор, посредник между процессором и устройством вводавывода. Управляет устройством, которое к нему подключено. Преобразовывает информацию, которой должны обмениваться процессор и устройство.

Разъем — внешняя розетка для подключения внешего (по отношению к системному блоку) устройства.

Контроллер дисководов — преобразовывает и передает информацию между процессором и дисководом.

Видеокарта преобразовывает и передает сигнал на монитор.

Звуковая карта обрабатывает звук (обеспечивает ввод звука с микрофона и его воспроизведение через наушники, колонки, встроенный динамик).

Сетевая карта испольуется для подключения персонального компьютера к сети и организации взаимодействия с другими устройствами сети (обмен информацией по сети).

К устройствам ввода и вывода относится внешняя память .

Внешняя память используется для долговременного хранения данных и программ. Информация, записанная на внешнюю память не стирается при выключении компьютера.

В ее состав входят:

• накопители информации — устройства чтения и записи
• носители информации — место хранения информации.

Дисководы (накопители информации) используются для чтениязаписи на носители информации: пластины жесткого диска, дискеты, оптические диски, ленты.

Устройства ввода и вывода подробно рассмотрены в этой статье .

Блок питания — источник электрического тока для питания устройств системного блока.

Параллельный порт (LPT)

Главная особенность параллельного порта – одновременная передача данных по нескольким линиям. Эта черта сближает LPT с внутренними шинами компьютера. Основное назначение параллельного порта – подключения внешних устройств, и в большинстве случаев таким устройством является принтер.

Первые версии параллельного порта имели одностороннюю направленность, то есть, данные по кабелю могли передаваться лишь в одну сторону – к периферийному устройству. В дальнейшем были введены усовершенствованные стандарты интерфейса LPT, в которых данные могли передаваться в обе стороны.

Передняя панель системного блока

Начнем с передней панели, так как именно её Вы видите, когда садитесь за компьютер:

Передняя панель системного блока (it-uroki.ru)

На передней панели всегда находятся:

• Кнопка питания (цифра 1 на фотографии) – нажав которую, можно включить или выключить компьютер;
• Кнопка RESET (цифра 2) – для принудительной перезагрузки компьютера, если он не отвечает на действия пользователя длительное время, т.е. «завис» (об использовании этих двух кнопок в следующей статье на сайте IT-uroki.ru);
• Индикатор включения (3) – сообщает нам о том, что компьютер включен, светится он обычно зеленым, реже синим цветом.
• Индикатор обращения к жесткому диску (4) – если Вы видите мигающую красную лампочку, значит, в данный момент происходит чтение с жесткого диска (или запись на него). О том, зачем нужна нам эта информация – в следующих IT-уроках.

Кроме того, в последнее время стало негласным стандартом размещать на передней панели следующие разъёмы:

• РазъёмыUSB (5) – для подключения флэш-накопителей (о них ниже);
• Разъём для наушников (6) – чтобы не тянуть шнур к задней панели корпуса;
• Разъём для микрофона (7) – также упростит подключение микрофона для голосового общения через Интернет.

На передней панели системного блока могут быть видны «лица» некоторых внутренних устройств:

• Оптический привод (8) – для считывания информации с дисков CD или DVD;
• Дисковод гибких дисков – для считывания информации с дискет (встречается крайне редко, так как морально устарел);
• Внутренний кард-ридер – устройство для считывания информации с флэш-карт памяти, которые применяются в фотоаппаратах, видеокамерах, мобильных телефонах.

На переднюю панель насмотрелись, посмотрим и на заднюю: «Изубшка-избушка, повернись…»

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) ещё называют оперативной памятью, «оперативкой», виртуальной памятью. На самом деле все эти термины относятся к одному и тому же техническому устройству (микросхеме), располагающемуся в специальном разъёме на материнской плате.

Оперативная память — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. То есть пока компьютер включён, хранятся и данные в оперативной памяти. Но стоит выключить питание компьютера или может произойти сбой электропитания и данные, записанные в ОЗУ, теряются.

Таким образом, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Вот поэтому объем оперативной памяти также влияет на быстродействие компьютера. Ведь если у компьютера недостаточный объем оперативной памяти, но при этом мощный современный процессор, вы не сможете насладиться быстрой работой вашего ПК.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти (DRAM), содержащие полупроводниковые ЗУ, организованные по принципу устройств с произвольным доступом. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже. Статическая (SRAM), наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.

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.

Из каких основных устройств состоит компьютер

Обычный настольный персональный компьютер, который мы используем в нашей повседневной жизнедеятельности, как дома, так и на работе состоит из внутренних и внешних устройств.

Общий вид компьютера:

• системный блок (в нем находится все внутреннее оборудование);
• монитор (отвечает за вывод информации в понятном для пользователя виде);
• клавиатура и мышь (отвечают за ввод информации);
• дополнительное вспомогательное оборудование (принтер, сканер, звуковые колонки или гарнитура, веб-камера, джойстик, источник бесперебойного питания и др.)

Внутренние и внешние устройства могут выполнять одни и те же функции. Например, устройства хранения данных HDD или SSD накопители, могут быть использованы как для внутреннего применения, так и для внешнего (переносные). Так же есть внешние и внутренние приводы для чтения и записи оптических дисков DVD или BD (Blu-ray).