Устройство компьютера. Из чего состоит компьютер. Часть 1. Системный блок

Функции и состав процессора: 8ми-16ти разрядный, структура, сопроцессор

На процессор возлагается выпол­нение операций, предусмотренных его системой команд.

При выполнении программы центральный процессор микропроцессорной си­стемы обеспечивает выполнение всех функций, предусмотренных программной. К ним относится:

• формирование адреса команд или данных, хранящихся оперативной памяти;
• выборка команд из памяти и их дешифрация;
• прием данных из оперативной памяти, выполнение над ними арифметиче­ских, логических и других операций, определяемых кодом команды, и пере­дача обработанных данных во внешние устройства или память;
• формирование сигналов состояния, управления и времени, необходимых для нормальной работы внутренних узлов, а также внешних устройств и памяти;
• временное хранение результатов выполненных операций, адресов, формиру­емых сигналов состояния и других данных;
• прием сигналов запроса от внешних устройств и их обслуживание.

Системный блок

Главной составляющей любого компьютера является системный блок. Системные блоки бывают разных видов, как по дизайну, так и размеру. Горизонтальные и вертикальные.

В системном блоке располагаются все комплектующие современного компьютера, собственно, благодаря чему и работает компьютер.

Основные элементы системного блока:

• Корпус;
• Блок питания;
• Материнская плата;
• Процессор;
• Оперативная память;
• Видеокарта;
• Звуковая карта;
• Жёсткий диск;
• Дисковод (оптический привод);
• Система охлаждения;

Все элементы тесно связаны друг с другом и работают как единое целое.

Давайте рассмотрим каждый элемент более подробно.

Устройство системного блока

Так как выше уже рассмотрен один из вариантов представления о персональном компьютере, будет правильно рассмотреть и второй. Почему же системный блок ПК рассматривается более подробно? Дело в том, что тот коробок, именуемый ещё и системным блоком не единое целое, как может показаться на первый взгляд и внутренняя его составляющая может быть совершенно разной для каждого компьютера. Скажете вы, так монитор тоже состоит из разных микросхем и прочих сложностей, и вы будете правы, но отличие состоит в том, что системный блок — это модульная система.

Каждый, наверное, знает конструктор Lego, из его частей можно сделать много интересных поделок, так и системный блок, вы можете менять его состав по мере необходимости, конечно монтирую комплектующие не куда вам захочется, в отличие от конструктора, а в специальные слоты расширения системной платы.

Корпус системного блока

Конструкция корпуса определяет не только внешний вид системного блока, а вместе с ним и домашний уют и даже его начинку, а именно форм-фактор материнской платы, а вместе с ней и количество подключаемых компонентов. Система охлаждения целиком и полностью тоже зависит о корпуса вашего компьютера, она должна быть тихой, но эффективной.

Системная (материнская) плата

Её называют как системной, так и материнской платой, смысловая нагрузка на данные термины совершенно одинаковая, когда её называют так или иначе, имеют в виду одно и тоже. Благодаря системной плате обеспечивается механическое крепление на прямую и с помощью специальных кабелей всех компонентов системного блока, а вмести с ним и их питание и внутренняя взаимосвязь. Так же на ней находятся различные контролеры.

Процессор и его система охлаждения

Микропроцессор, являющийся составляющей процессора, выполняет большинство вычислительных операций. Современные процессоры нуждаются в хорошем энергопотребление, а, температура некоторых представителей позволяет даже вскипятить чайник, поэтому без системы охлаждения не обойтись:

Радиатор — обеспечивает пассивное охлаждение процессору, но один радиатор уже не справляется с большими тепловыделениями и поэтому на него обычно крепится, для воздушного охлаждения специальный вентилятор. Да и вообще найти радиатор отдельно от вентилятора скорее всего уже не удастся.

Существуют и альтернативные системы охлаждения, но они обычно требуются для использования разгонного потенциала центрального процессора.

Модуль оперативной памяти

Еще, оперативную память называют ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, необходима для хранения временных данных, хорошим примером является буфер обмена при копировании и последующей вставке. Процессор передаёт информацию в оперативную память и по мере необходимости забирает её оттуда. Особенностью оперативной памяти является практически молниеносное быстродействие, которое даёт возможность обмена данных с процессором, на его же скорости их обработки. Следует учитывать, что длительное хранение данных практически не достижимо, ОЗУ является энергозависимой составляющей персонального компьютера, при отключении питания ПК, вся информация безвозвратно исчезнет.

На плате модуля находятся несколько микросхем работающих как одно целое, а для установки в материнскую плату, для наращивания оперативной памяти не требуются ни какие инструменты, данную операцию легко можно проделать самому.

Жёсткий диск и твердотельный накопитель

HDD, от английского hard (magnetic) disk drive — представляет возможность для длительного по времени хранения данных информации, операционная система обычно устанавливается именно в раздел жёсткого диска. В материнскую плату, в отличие от оперативной платы он не монтируется, для его подключения требуются специальный шлейф. Шлейфы, которые используют определяются самим жёстким диском, а это или IDE, или SATA(1,2,3). На современных материнских платах разъём IDE отсутствует.

Как по отдельности, так и в комплекте с HDD в составе современных персональных компьютеров всё чаще используют твердотельный накопитель — SSD, в основе которого лежит флеш-память, хорошо подходящий для увеличения быстродействия компьютера благодаря высокому обмену данных c другими компонентами, по сравнению с HDD, но в тоже время являются более дорогостоящими. Поэтому для экономии, SSD небольших размеров используют для установки и работы операционной системы, а для хранения данных используют жёсткий диск. Рекомендуется к прочтению статья: «Что лучше SSD или HDD?».

Видеоадаптер (Видеокарта)

Видеокарта — графическая плата, устройство, отвечающее за построение (вывод) информации на дисплей монитора. Современные материнские платы бывают уже с интегрированными графическими адаптерами, которые хорошо показывают себя как в офисных приложениях для просмотра высококачественного видео, так и в не ресурсоёмких играх. Для высокопроизводительных задач видео плата докупается отдельно, монтируется в системную плату, а разнообразие моделей находится в совершенного разных ценовых сегментах.

Дисковод оптических дисков

В конфигурации современного компьютера оптический дисковод по сравнению с его прежней популярностью используется всё реже и реже. Служит для чтения и записи дисков различных форматов. Подключается к системной плате при помощи шлейфа, так же, как и жёсткий диск или твердотельный накопитель.

Дисковод гибких дисков и кардридер

Дисковод гибких дисков уже не используется для сборок современных компьютеров, но его ещё можно найти в устаревших ПК. На старых материнских платах был предусмотрен специальный разъём.

На современных компьютерах целесообразнее использовать кардридер, способный считывать и записывать информацию разных типов флеш накопителей.

Звуковой адаптер, модем и контроллер локальной сети

Звуковой адаптер, служит для записи и воспроизведения звука, к нему подключаются наушники, звуковые колонки и микрофон.
Модем нужен для подключения и выхода в интернет, контролер сети или сетевая карта служит для подключения к сети и так же, как и модем для выхода в интернет.

В составе материнской платы сегодняшних дней, уже встроены как звуковой адаптер, так и сетевая карты, но для расширения возможностей можно их докупить.

Модемы, внутренние в виде платы и внешние в виде периферийного устройства, хоть и теряют свою популярность, но все же используются для подключения к интернету через телефонную линию. Более популярны в наши дни 3G/4G модемы использующие мобильное соединение.

Блок питания

Название говорит само за себя, его основной функцией является подача электрического тока всем внутренним составляющим компьютерного системного блока. Так как от его мощности зависит стабильность работы системы, следует отнестись к выбору с пониманием или даже сделать его приобретение с небольшим запасом, которое будет кстати, при дальнейшем апгрейде (модернизации) комплектующих системного блока.

Состав персонального компьютера и системного блока этими компонентами не ограничивается, конфигурацию можно расширить, или заменить комплектующие по мере необходимости, а грань между понимания этих терминов немного стала чётче.

Процессор

Процессор представляет собой микросхему, предназначенную для выполнения основных вычислительных операций. Процессоры выпускаются двумя фирмами AMD и Intel. В зависимости от производителя процессора отличается и разъем (место его установки), поэтому при выборе материнской платы следует это не забывать. Вы просто не вставите процессор AMD в материнскую плату для процессоров Intel.

Отличия в устройстве стационарного компьютера и ноутбука

Стационарный компьютер состоит из системного блока, монитора и устройств ввода (мышки, клавиатуры).

• Возможность собрать ПК под свои нужды;
• Хорошая система охлаждения;
• Возможность апгрейда.

• Занимает много места.
• Работает только от сети или ИБП.

Ноутбук – это портативное переносное устройство. За счет своих миниатюрных размеров, ноутбуки уступают по мощности стационарным, хотя в продаже имеются эксклюзивные игровые модели, но их цена очень высока.

Процессор и видеокарта зачастую не съемные, а запаяны на материнскую плату. Жесткий диск и оперативная память также имеют более компактную форму.

Работает ноутбук от аккумулятора, который заряжается от съемного блока питания. Как правило, нормальной работы аккумулятора хватает на год-два, затем время автономной работы уменьшается.

Плюсы ноутбука в его мобильности: в него уже установлены все необходимые комплектующие – экран, клавиатура, тачпад (выполняет функцию мышки), колонки, сетевая плата и WI-FI адаптер.

• Небольшой размер экрана
• Нет возможности полноценного апгрейда
• Слабая система охлаждения
• Сложность ремонта
• Быстрый расход батареи.

• Если вы используете компьютер для полноценной работы с графикой или для игр, вам стоит приобрести стационарный ПК.
• Если вам необходимо часто перемещаться с места на место, тогда стоит приобрести ноутбук.

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.