Устройство компьютера

Урок 7. Внутреннее устройство компьютера

В третьем уроке мы узнали для чего нужны процессор, оперативная память и жесткий диск. В четвертом уроке мы увидели компьютер снаружи и узнали для чего нужны различные кнопки и разъёмы. Сегодня мы откроем крышку системного блока и познакомимся со всеми внутренними компонентами.

Когда говорят о внутреннем устройстве компьютера, обычно имеют в виду те компоненты, которые находятся внутри его корпуса. У настольного компьютера корпус – это системный блок, у ноутбуков и нетбуков – это нижняя из раскрываемых половинок (напомню, что разновидностям компьютерной техники у нас был посвящен второй IT-урок).

Из чего состоит компьютер

Системный блок в компьютере является «главным». Если аккуратно открутить шурупы с его задней стенки, снять боковую панель и заглянуть внутрь, то лишь с виду его устройство покажется сложным.

Сейчас я коротко опишу его устройство, а потом охарактеризую главные элементы максимально понятным языком.

В системном блоке размещаются следующие элементы (не обязательно все сразу):

— Накопитель на жестком магнитном диске (HDD)

— Накопитель на гибком магнитном диске (FDD)

— Накопитель на компакт-диске или dvd-диске (CD/DVD ROM)

— Разъемы для дополнительных устройств (порты) на задней (иногда и на передней) панели, и др.

— Системная плата (ее чаще называют материнской ), которая, в свою очередь, содержит:

• микропроцессор ;
• математический сопроцессор;
• генератор тактовых импульсов;
• микросхемы памяти (ОЗУ, ПЗУ, кэш-память, CMOS-память)
• контроллеры (адаптеры) устройств: клавиатуры, дисков и др.
• звуковая, видео- и сетевая карты ;
• таймер и др.

Все они подсоединяются к материнской плате с помощью разъемов (слотов). Ее элементы, выделенные жирным шрифтом, мы рассмотрим ниже.

А теперь по порядку о системном блоке:

1 . С блоком питания все понятно: он питает энергией компьютер. Скажу лишь, что, чем выше его показатель мощности, тем круче.

2 . Накопитель на жестком магнитном диске (HDD — hard disk drive) в простонародье называют винчестером .

Это прозвище возникло из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром «30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер». Емкость этого накопителя измеряется обычно в гигабайтах: от 20 Гб (на старых компьютерах) до нескольких Террабайт (1Тб = 1024 Гб). Самая распространенная емкость винчестера — 250-500 Гб. Скорость операций зависит от частоты вращения (5400-10000 об/мин). В зависимости от типа соединения винчестера с материнской платой различают ATA и IDE.

3 . Накопитель на гибком магнитном диске (FDD — floppy disk drive) — не что иное, как флоппи-дисковод для дискет . Их стандартная емкость – 1,44 Мб при диаметре 3,5″ (89 мм). В качестве запоминающей среды у магнитных дисков используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два магнитных состояния, каждому из которых ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.

4 . Накопители на оптических дисках (CD-ROM) бывают разных диаметров (3,5″ и 5,25″) и емкостей. Самые распространенные из них – емкостью 700 Мб. Бывает, что CD диски можно использовать для записи только 1 раз (тогда их называют R), а выгоднее использовать многократно перезаписываемые диски RW.

DVD первоначально расшифровывалось как Digital Video Disk. Несмотря на название, на DVD-диски можно записывать всё, что угодно, — от музыки до данных. Поэтому в последнее время всё чаще встречается и другая расшифровка этого названия — Digital Versatile Disk, в вольном переводе означающая «цифровой универсальный диск». Главное отличие DVD-дисков от CD-дисков – это объём информации, который может быть записан на таком носителе. На DVD-диск может быть записано от 4.7 до 13, и даже до 17 Gb. Достигается это несколькими способами. Во-первых, для чтения DVD-дисков используется лазер с меньшей длиной волны, чем для чтения CD-дисков, что позволило существенно увеличить плотность записи. Во-вторых, стандартом предусмотрены так называемые двухслойные диски, у которых на одной стороне данные записаны в два слоя, при этом один слой полупрозрачный, и второй слой читается «сквозь» первый. Это позволило записывать данные на обе стороны DVD-дисков, и таким образом удваивать их ёмкость, что иногда и делается.

5 . К персональному компьютеру могут подключаться и другие дополнительные устройства ( мышь, принтер, сканер и прочее). Подключение производится через порты — специальные разъемы на задней панели.

Порты бывают параллельные (LPT), последовательные (COM) и универсальные последовательные (USB). По последовательному порту информация передается поразрядно (более медленно) по малому числу проводов. К последовательному порту подключаются мышь и модем. По параллельному порту информация передается одновременно по большому числу проводов, соответствующему числу разрядов. К параллельному порту подключается принтер и выносной винчестер. USB-порт используется для подключения широкого спектра периферийных устройств – от мыши до принтера. Также возможен обмен данными между компьютерами.

6 . Основные устройства компьютера (процессор, ОЗУ и др.) размещены на материнской плате .

Микропроцессор (проще — процессор ) — центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Его главные характеристики — это разрядность (чем она выше, тем выше производительность компьютера) и тактовая частота (во многом определяет скорость работы компьютера). Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) процессор выполняет за одну секунду.
Уважают на рынке процессоры Intel Pentium и его эконом-версию Celeron, а также ценят их конкурентов – AMD Athlon с эконом-вариантом Duron. Процессоры Intel характеризуются высокой надежностью в работе, низким тепловыделением и совместимостью со всем программным и аппаратным обеспечением. А AMD показывают большую скорость работы с графикой и играми, но менее надежны.

Память компьютера бывает внутренней и внешней. К устройствам внешней памяти относятся уже рассмотренные HDD, FDD, CD-ROM, DVD-ROM. К внутренней памяти относится постоянное ЗУ (ПЗУ, ROM англ.), оперативное ЗУ (ОЗУ, RAM англ.), КЭШ.

ПЗУ предназначено для хранения постоянной программной и справочной информации (BIOS — Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода).

ОЗУ обладает высоким быстродействием и используется процессором для кратковременного хранения информации во время работы компьютера.

При выключении источника питания информация в ОЗУ не сохраняется. Для нормального функционирования компьютера в наши дни желательно иметь от 1 Гб до 3 Гб оперативки.

КЭШ-память — это оперативная сверхскоростная промежуточная память.

CMOS-память — CMOS RAM (Complementary Metall-Oxide Semiconductor RAM). В ней хранятся параметры конфигурации компьютера, которые проверяются при каждом включении системы. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера — SETUP.

Звуковая, видео и сетевая карты могут быть как встроенными в материнскую плату, так и внешними. Внешние платы всегда можно заменить, тогда как, если из строя выйдет встроенная видеокарта, придется менять всю материнскую плату. Из видеокарт я доверяю ATI Radeon и Nvidia. Чем выше объем памяти видеокарты, тем лучше.

Центральный процессор

CPU, Центральный процессор Вид сверху
CPU, Центральный процессор Вид снизу

Центральный процессор [Central Processing Unit, CPU] — главный чип компьютера который обрабатывает большинство команд (инструкций), которые он получает от аппаратного или программного обеспечения, запущенного на компьютере. Большинство новых процессоров могут включать графический процессор (GPU).

Постоянное запоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения информации. Главными его характеристиками являются объем хранимых данных и скорость чтения/записи. Чем больше объем запоминающего устройства, тем больше на нем можно хранить разного рода файлов. Ну а от скорости чтения/записи зависит то, насколько быстро система сможет получать к ним доступ.

Постоянные запоминающие устройства бывают двух основных типов – SSD (англ. solid-state drive) и HDD (англ. hard disk drive, он же «жесткий диск», в простонародье — «винчестер»).

Главным преимуществом SSD-устройств является высокая скорость чтения/записи, что позитивно сказывается на «отзывчивости» компьютера (быстрее запускаются программы, открываются файлы и т.д.). Жесткие диски отличаются более высокой долговечностью и лучшим соотношением показателей «объем хранимых данных / стоимость устройства».

Чтобы пользоваться всеми преимуществами, в компьютеры часто устанавливают два запоминающих устройства. Одно из них – SSD, которое служит для хранения системных файлов и программ, второе – HDD для хранения остальной информации (видео, фото и т.п.). Внутренних запоминающих устройств в системном блоке может быть больше двух. Но для работы компьютера достаточно и одного такого устройства (любого типа).

К материнской плате SSD и HDD обычно подключаются через интерфейс (разъем) SATA. Существуют более быстрые варианты SSD, предназначенные для подключения к разъемам M.2 или PCI-E материнской платы (см. рис.)

Подробнее о постоянных запоминающих устройствах можно узнать здесь.

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.

Характеристики стационарного компьютера и ноутбука

Как я рассказывал ранее, каждый компьютер состоит из материнской платы, процессора и других компонентов, которые отличаются друг от друга по выпуску и мощности.

Сейчас же я дам рекомендации, как выбрать подходящий ПК для работы или отдыха.

Стандартный домашний и офисный компьютер

В обязанности обычного офисного сотрудника входит работа с почтой, документами и интернетом. Для этих целей нам не нужен слишком мощный ПК. Хорошо подойдет компьютер на базе процессора Core i3 седьмого или восьмого поколения.

Данный процессор имеет 4 ядра, и он хорошо справится со всеми офисными задачами.

1. Оперативной памяти будет достаточно в объёме 4 Гб.
2. Жесткий диск можно установить от 500 до 1000 Гб, подойдет и HDD диск формата SATA 3.0.
3. Дополнительную видеокарту можно не приобретать – встроенной вполне достаточно.
4. Блок питания подойдет 450-500 Вт.
5. Монитор, клавиатуру и мышку можете выбрать на свое усмотрение.

Производители также выпускают готовое фирменное решение для офиса и дома. В такие компьютеры, как правило, уже установлена операционная система Windows и пакет Microsoft Office, что позволит сэкономить на покупке программного обеспечения.

Что касается ноутбуков – они уже идут в готовой комплектации. Вам остается только выбрать на каком процессоре он работает, объем оперативной памяти и какая в нем установлена видеокарта. Для офисных задач подойдет ноутбук на базе процессора I3 и 4 Гб оперативной памяти.

Монтажный или игровой компьютер

Для сборки мощного монтажного или игрового ПК потребуется солидная сумма, так как чем круче комплектующие, тем они дороже. Как я писал ранее, для таких целей больше подойдет стационарный ПК.

Рекомендую собирать компьютер на базе процессора Core i9 9900K. Он имеет разблокированный множитель, что позволит произвести разгон и увеличить мощность. И не экономьте на охлаждении!

Данный процессор имеет 8 физических ядер и 8 виртуальных, что дает в сумме 16 потоков. На сегодняшний день этой мощности вполне хватит для работы с монтажом и играми.

1. Материнскую плату нужно выбирать формата ATX, желательно у проверенных производителей (Gigabyte, Asus).
2. Оперативную память лучше сразу покупать объемом 32 Гб.
3. Видеокарта для данной сборки является ключевой, так как именно ее мощность задействуется при работе с монтажом и играми.
4. На сегодняшний день топовой считается модель Nvidia GeForce RTX 2080Ti.
5. Жесткий диск для данной сборки нужно устанавливать скоростной M2. В дополнение можно установить второй объемный HDD диск для хранения данных.
6. Основой такой сборки является блок питания. Если вы решитесь приобрести хорошую видеокарту, то понадобится БП мощностью от 800 Вт. В идеале 1000 Вт и более – главное, отличного качества.
7. Собирать все это нужно в корпус Full Tower для хорошей вентиляции и охлаждения.
8. Монитор, мышку и клавиатуру можете выбирать по вашим предпочтениям. Но экономить на этом не стоит, чтобы почувствовать всю мощь данного ПК.

Также на рынке существуют профессиональные брендовые графические станции. В них могут быть установлены серверные процессоры (от двух и более), несколько профессиональных видеокарт и несколько сотен гигабайт оперативной памяти. На таких станциях работают профессиональные монтажеры для студий. И, конечно, цена такой станции просто заоблачная.

Игровые ноутбуки покупать не рекомендую – на мой взгляд, это нецелесообразно. Но если вы все же решитесь, присмотритесь к серии с процессорами Intel Core i9.