Нюансы функциональной схемы современного компютера

Внешнее и внутреннее устройство компьютера

В этой статье, для начинающих пользователей, я расскажу про устройство компьютера и из чего он состоит. Узнаем основные характеристики внешних и внутренних устройств и какие функции они выполняют.

ПК состоит из отдельных устройств и модулей. Одни компоненты, так называемое “железо”, комплектующие или аппаратное обеспечение (от англ. hardware), находятся внутри компьютерного корпуса, другие устройства уже подключаются к нему и называются внешними или периферией.

Все устройства можно условно поделить на 4 типа. Ввода, вывода, обработки и хранения информации.

Далее разберемся со всем этим более подробно.

Основные системы

Все компьютерное оборудование можно разделить на несколько подсистем. Главными из них являются следующие:

1. Процессор
2. Память
3. Устройства ввода-вывода

Взаимодействие отдельных подсистем компьютера

В отдельную, но важную подсистему можно выделить вспомогательные и обслуживающие устройства, такие, как микросхему BIOS, генератор тактовых импульсов, системный таймер, чипсеты, то есть наборы микросхем для управления оборудованием. Также не стоит забывать и о системе питания компьютера.

Здесь мы не будем затрагивать вопросы физического размещения отдельных систем, поскольку, например, различные компоненты системы ввода-вывода, а также различные виды памяти могут располагаться как за пределами материнской платы ПК, так и на ней.

Главным компонентом компьютера, его сердцем, является центральный процессор. Впрочем, следует отметить, что процессоров в современных компьютерных системах может быть и несколько. Главная функция процессора — обработка данных. Данные непрерывно поступают в процессор из памяти и туда же отправляются после обработки. Память хранит эти данные в течение необходимого количества времени, а устройства ввода-вывода отвечают за прием или передачу данных за пределы компьютера – конечным пользователям или другим ПК и устройствам.

Память ПК делится на внешнюю и внутреннюю. К внутренней памяти относится оперативная память (ОЗУ), а также постоянная память (ПЗУ). К внешней памяти относятся жесткие диски, системы для чтения информации со съемных магнитных и оптических носителей (флоппи-дисководы, CD- и DVD-дисководы), флеш-накопители, и.т.д.

К системам ввода относятся такие компоненты компьютера, как клавиатура, до сих пор являющаяся базовым устройством ввода, а также мышь. Кроме того, в качестве устройств ввода могут выступать джойстик, сканер, графический планшет, тачпад, ТВ-тюнер, и многие другие устройства.

Главное устройство вывода, знакомое практически всем пользователям – это монитор. Кроме того, к устройствам вывода относятся принтер, звуковая карта и другие устройства.

К системам ввода/вывода также относятся порты ввода/вывода, такие, как LPT, COM, USB, сетевые карты, модемы, и.т.д.

Сетевые устройства

Коммутаторы и маршрутизаторы

Коммутаторы используются в основном в офисных зданиях, где установлено много компьютеров. Компьютеры подключаются к коммутатору через патч корд, и получают доступ к обмену данных.

Современные коммутаторы имеют от 12 Ethernet портов для подключения и 2 оптических для скоростного соединения с дополнительными устройствами.

Маршрутизаторы используются в корпоративной сети для разделения сети на сегменты и распределение доступа к ней.

WI-FI роутер

WI-FI роутер – это устройство, которое связывает компьютеры по беспроводной сети. При выборе роутера руководствуйтесь тем, что он должен иметь поддержку 5 Ghz и желательно более трех внешних антенн.

На заметку . При подключении используйте сеть 5 Ghz – это избавит от перегрузки канала, и даст хороший прирост к скорости до 1 Гб/с.

Модем

В былые времена интернет работал при помощи DIAL UP модема. Он мог быть встроенным, который подключается в разъём PCI, и внешним, который подключается через COM порт. Данный вид вышел с производства очень давно и на сегодняшний день используется новый вид – 4G модемы.

4G модемы подключаются в USB порт и соединяют компьютер с интернетом через сотового оператора. Это удобно, если вы часто перемещаетесь – интернет всегда с собой.

Монитор

Также, уже вне корпуса, будет расположено ещё одно важное устройство – монитор. Монтитор подключается проводом к материнской плате и без него вы, соответственно, не увидите всего что делаете на компьютере 🙂 Основными параметрами монитора являются:

Диагональ экрана в дюймах;

Поддерживаемое разрешение экрана, например, 1920×1080. Чем оно больше, тем лучше;

Угол обзора. Влияет на то, как будет видно изображение если смотреть на монитор со стороны или чуть выше / ниже. Чем больше угол обзора, тем лучше.

Яркость и контрастность. Яркость измеряется в кд/м2 и в хороших моделях лежит за пределами 300, а контрастность должна быть не менее 1:1000 для хорошего отображения.

Вот так выглядит монитор:

Помимо перечисленных выше основных компонентов компьютера, существуют ещё и периферийные устройства. Периферией называют различные дополнительные и вспомогательные устройства, которые позволяют расширить возможности компьютера. Сюда относится множество устройств, например: компьютерная мышь, клавиатура, наушники, микрофон, принтер, сканер, копир, графический планшет, джойстик, web-камера.

Все эти устройства уже удобно будет затронуть в отдельных темах, поскольку каждое из них имеет свои характеристики и особенности. Клавиатуру и мышь выбрать проще всего, главное, чтобы подключение к компьютеру было по USB или же вообще по радиоканалу без провода, а все остальные параметры подбираются уже индивидуально и здесь главное, чтобы просто было удобно.

О выборе самых основных периферийных устройств читайте в статье:

На этом разбор компонентов компьютера я заканчиваю. Надеюсь, что подобная статья окажется для новичков в какой-то степени полезной и те, кто совсем не понимали, что находится в компьютере и для чего нужно, теперь смогу более-менее представить себе 🙂 Также данная информация, я думаю, станет полезна при выборе компьютера и тем более последующие статьи как раз будут о выборе и покупке домашнего компьютера.

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.

Виды персональных компьютеров

Классификацию современных персональных компьютеров можно представить следующими видами устройств:

1. Десктоп — настольный классический вариант (монитор, системный блок, клавиатура). Невзирая на сравнительно крупные габариты десктопа, пользователи ценят его за возможность подсоединения высокопроизводительных компонентов, превращающих стандартный ПК в мощный игровой. Удобно проводить техническое обслуживание, ремонт и модернизацию.
2. Ноутбук, или переносной компьютер, преимущество которого — маленький вес и низкое потребление электроэнергии. В ноутбук (а также нетбук, ультрабук) уже встроены все нужные комплектующие.
3. Моноблок (монитор с системным блоком) значительно экономит пространство.
4. Планшет — мобильный компьютер с touchscreen (сенсорный экран). Также на рынке представлены планшетные ноутбуки, где клавиатуру можно разложить или выдвинуть из специальной ниши.
5. Неттоп (мини-десктоп) справляется с несложными задачами. Это небольшой блок, куда подключаются дополнительные устройства — колонки, проектор, монитор и т. д. Поддерживает синхронизацию с телевизором.

Многих пользователей интересует, можно ли современный смартфон считать персональным компьютером, ведь по функционалу они очень близки. Ответ — нет, т. к. у них большое отличие в архитектуре и используемых процессорах.

Внешние устройства компьютера

Внешних устройств для ПК производится очень много: и типов, и моделей. Назовем некоторые из них, которые могут представлять интерес в самом начале знакомства с компьютером (и которые не входят в базовую конфигурацию компьютера).

• Память (внутренняя, внешняя)
• Внешняя память,предназначенная для временного хранения информации
• Магнитный принцип записи и считывания информации

Устройство для длительного хранения данных и программ. Своего рода библиотека компьютера, где хранятся все программы и данные.

В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электро­магнитной индукции. Считывание и запись информации на вращающийся намагничивающийся диск осуществляется с помощью магнитных головок, которые перемещаются вдоль заранее размеченных дорожек. Жесткий диск отличается большой емкостью (сотни и даже тысячи Гбайт).

Оптический принцип записи и считывания информации

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью

• Гибкие магнитные диски
• Жесткие магнитные диски

Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.

Лазерные дисководы и диски

На лазерных CD – ROM и DVD – ROM дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна.

Существуют CD – R и DVD – R диски, на них информация может быть записана, но только 1 раз. Для записи и перезаписи на диски используются CD – RW и DVD – RW дисководы.

Flash — память

Flash – память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB – порт.

Флэш-диск.

Сканер

Принтер. Устройство, подключаемое к компьютеру и предназначенное для печати информации на твердый носитель, обычно на бумагу.

Самые распространенные типы принтеров — это струйные, лазерные и матричные..