Виды компьютеров — описание, особенности, характеристики и интересные факты

Урок 7
Устройство персонального компьютера и его основные характеристики. Знакомство с комплектацией устройств ПК, подключение внешних устройств

Как устроен персональный компьютер

Основные темы параграфа:

— что такое ПК;
— основные устройства ПК;
— магистральный принцип взаимодействия устройств ПК.

Изучаемые вопросы:

— Персональный компьютер – компьютер для личного пользования.
— Основные устройства персонального компьютера.
— Минимальный комплект устройств.
— Магистральный принцип взаимодействия устройств персонального компьютера.
— Характеристики микропроцессора: тактовая частота, разрядность.
— Объём – основная характеристика оперативной памяти.
— Характеристики устройств внешней памяти.

Что такое ПК

В § 5 мы познакомились с основными устройствами компьютера — электронно-вычислительной машины (ЭВМ). Современные ЭВМ бывают самыми разными: от больших, занимающих целый зал, до маленьких, помещающихся на столе, в портфеле и даже в кармане. Разные ЭВМ используются для разных целей. Сегодня самым массовым видом ЭВМ являются персональные компьютеры. Персональные компьютеры (ПК) предназначены для личного (персонального) использования. Существуют различные типы ПК: стационарные (настольные) и мобильные (ноутбуки, планшетные ПК, карманные ПК).

Несмотря на разнообразие моделей ПК, в их устройстве существует много общего. Об этих общих свойствах и пойдет сейчас речь.

Основные устройства ПК

Основной «деталью» персонального компьютера является микропроцессор (МП). Это миниатюрная электронная схема, созданная путем очень сложной технологии, выполняющая функцию процессора компьютера.

Персональный компьютер представляет собой набор взаимосвязанных устройств. В стационарном ПК центральным устройством является системный блок. В системном блоке находится «мозг» машины: микропроцессор и внутренняя память. Там же помещаются: блок электропитания, дисководы, контроллеры внешних устройств. Системный блок снабжен вентиляторами для охлаждения нагревающихся при работе элементов.

С наружной стороны системного блока имеются сетевой выключатель, кнопка перезагрузки компьютера, разъемы (которые называют портами) для подключения внешних устройств, выдвижной лоток для установки оптического диска.

К системному блоку подключены клавиатура (клавишное устройство), монитор (другое название — дисплей) и мышь (манипулятор). Иногда используются другие типы манипуляторов: джойстик, трекбол и пр. Дополнительно к ПК могут быть подключены: принтер (устройство печати), модем (для выхода в компьютерную сеть) и другие устройства (рис. 2.7).

На рисунке 2.7 показана стационарная модель ПК, на рис. 2.8 — ноутбук.

В ноутбуке все необходимые компоненты объединены в одном корпусе, который складывается как книжка (отсюда название компьютера).

Все устройства внешней памяти, а также устройства ввода/вывода взаимодействуют с процессором ПК через специальные блоки, которые называются контроллерами (от английского controller — контролер, управляющий). Существуют контроллер дисковода, контроллер монитора, контроллер принтера и т. п.

Сравнительно недавно в составе ПК появился универсальный контроллер, позволяющий подключать через универсальный разъем (USB) различные виды устройств: принтер, монитор, клавиатуру, мышь и др.

Магистральный принцип взаимодействия устройств ПК

Принцип, по которому организована информационная связь между устройствами компьютера, называется магистральным принципом взаимодействия. Процессор через многопроводную линию, которая называется магистралью (другое название — шина), связывается с другими устройствами (рис. 2.9).

Каждое подключаемое к ПК устройство получает свой номер, который выполняет роль адреса этого устройства. Информация, передаваемая от процессора к устройству, сопровождается его адресом и подается на контроллер. Далее работой устройства управляет контроллер.

Характерная организация магистрали такая: по одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления; по ней передаются управляющие сигналы (например, проверка готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.).

Коротко о главном

В состав системного блока входят: микропроцессор, внутренняя память, дисководы, блок питания, контроллеры внешних устройств.

Внешние устройства (устройства ввода/вывода, устройства внешней памяти) взаимодействуют с процессором ПК через контроллеры.

Все устройства ПК связаны между собой по многопроводной линии, которая называется информационной магистралью, или шиной.

Каждое внешнее устройство имеет свой адрес (номер). Передаваемая к нему по шине данных информация сопровождается адресом устройства, который передается по адресной шине.

Вопросы и задания

1. Назовите минимальный комплект устройств, составляющих персональный компьютер, и сделайте фотографии этих устройств.

2. Какие устройства входят в состав системного блока?

3. Что такое контроллер? Какую функцию он выполняет?

4. Как физически соединены между собой различные устройства ПК?

5. Как информация, передаваемая по шине, попадает на нужное устройство?

Основные характеристики персонального компьютера

Основные темы параграфа:

— характеристики микропроцессора;
— объем внутренней (оперативной) памяти;
— характеристики устройств внешней памяти;
— устройства ввода/вывода.

Изучаемые вопросы:

— Персональный компьютер – компьютер для личного пользования.
— Основные устройства персонального компьютера.
— Минимальный комплект устройств.
— Магистральный принцип взаимодействия устройств персонального компьютера.
— Характеристики микропроцессора: тактовая частота, разрядность.
— Объём – основная характеристика оперативной памяти.
— Характеристики устройств внешней памяти.

Все чаще персональные компьютеры используются не только на производстве и в учебных заведениях, но и в домашних условиях. Их можно купить в магазине так же, как покупают бытовую технику. При покупке любого товара желательно знать его основные характеристики, для того чтобы приобрести именно то, что вам нужно. Такие основные характеристики есть и у ПК.

Характеристики микропроцессора

Существуют различные модели микропроцессоров, выпускаемые разными фирмами. Основными характеристиками МП являются тактовая частота и разрядность процессора.

Режим работы микропроцессора и других связанных с ним устройств задается микросхемой, которая называется генератором тактовой частоты. Это своеобразный метроном внутри компьютера. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Ясно, что если метроном «стучит» быстрее, то и процессор работает быстрее. Тактовая частота измеряется в мегагерцах — МГц. Частота в 1 МГц соответствует миллиону тактов в одну секунду. Вот некоторые характерные тактовые частоты микропроцессоров: 600, 800, 1000 МГц. Последняя величина называется гигагерцем — ГГц. Современные модели микропроцессоров работают с тактовыми частотами в несколько гигагерц.

Следующая характеристика — разрядность процессора. Разрядностью называют максимальную длину двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться процессором целиком. Разрядность процессоров на первых моделях ПК была равна 8 битам. Затем появились 16-разрядные процессоры. На современных ПК чаще всего используются 32-разрядные процессоры. Наибольшая разрядность у современных микропроцессоров, используемых в ПК, — 64 бита.

Объем внутренней (оперативной) памяти

Про память компьютера мы уже говорили. Она делится на оперативную (внутреннюю) и долговременную (внешнюю) память. Производительность машины очень сильно зависит от объема внутренней памяти. Если для работы каких-то программ не хватает внутренней памяти, то компьютер начинает переносить часть данных во внешнюю память, что резко снижает его производительность. Скорость чтения/записи данных в оперативную память на несколько порядков выше, чем во внешнюю.

Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера. Для эффективной работы современных программ требуется оперативная память объемом в сотни и тысячи мегабайтов (гигабайты).

Назначение кэш-памяти

Для сокращения времени выполнения программы в состав ПК входит специальный вид внутренней памяти, который называется кэш-памятью. Это небольшой по объему, но имеющий самое короткое время чтения/записи раздел памяти компьютера. В кэш-памяти дублируются данные и команды из оперативной памяти, к которым процессор наиболее часто обращается при выполнении программы. Поэтому первоначально процессор ищет требуемую информацию в кэш-памяти, и только если ее там не обнаруживает, обращается к более медленной оперативной памяти.

Характеристики устройств внешней памяти

Устройства внешней памяти — это магнитные и лазерные дисководы, флэш-память. Встроенные в системный блок магнитные диски называются жесткими дисками, или винчестерами. Это очень важная часть компьютера, поскольку именно здесь хранятся все необходимые для работы компьютера программы. Чтение/запись на жесткий диск производится быстрее, чем на все другие виды внешних носителей, но все-таки медленнее, чем в оперативную память. Чем больше объем жесткого диска, тем лучше. На современных ПК устанавливают жесткие диски, объем которых измеряется в гигабайтах: десятки и сотни гигабайтов. Покупая компьютер, вы приобретаете и необходимый набор программ на жестком диске. Обычно покупатель сам заказывает состав программного обеспечения компьютера.

Все остальные носители внешней памяти — сменные, т. е. их можно вставлять в дисковод и доставать из дисковода. К ним относятся оптические диски типа CD (компакт-диски) и DVD. Об их свойствах рассказывалось в § 6. Диски удобны для длительного хранения программ и данных, а также для переноса информации с одного компьютера на другой.

В обязательный комплект современного ПК входят оптические дисководы для работы с CD и DVD. На этих носителях распространяется программное обеспечение. Вместимость CD-ROM исчисляется сотнями мегабайтов (стандартный объем — 700 Мб). Информационная емкость DVD исчисляется гигабайтами (4,7; 8,5; 17 Гб). Часто на DVD записываются видеофильмы. На одном диске можно уместить двухчасовой видеофильм с несколькими звуковыми дорожками на разных языках.

Пишущие оптические дисководы позволяют производить запись и перезапись информации на CD-RW и DVD-RW.

В последнее время основным средством переноса информации с одного компьютера на другой стала флеш-память. Флеш-память — это электронное устройство внешней памяти, используемое для чтения и записи информации в файловом формате. Флеш-память, как и диски, — энергонезависимое устройство. Емкость носителя составляет от сотен мегабайтов до нескольких гигабайтов. А скорость чтения и записи данных на флеш-носитель приближается к скорости чтения и записи на жесткий диск.

Устройства ввода/вывода

Все остальные типы устройств относятся к числу устройств ввода/вывода. Обязательными из них являются клавиатура, монитор и манипулятор (мышь; на мобильных ПК: трекбол, тачпад, джойстик и др.). Дополнительные устройства: принтер, модем, сканер, звуковая система и некоторые другие. Выбор этих устройств зависит от потребностей и финансовых возможностей покупателя. Всегда можно найти источники справочной информации о моделях таких устройств и их эксплуатационных свойствах.

Коротко о главном

Основные характеристики микропроцессора: тактовая частота и разрядность. Чем больше тактовая частота, тем выше скорость работы процессора. Увеличение разрядности ведет к увеличению объема данных, обрабатываемых компьютером за единицу времени.

Объем оперативной памяти влияет на производительность компьютера. Для эффективной работы современных программ требуется оперативная память объемом в сотни и тысячи мегабайтов (гигабайты).

Жесткий магнитный диск — обязательное устройство внешней памяти в составе компьютера.

Сменными носителями являются оптические диски, флеш-память.

Необходимый набор устройств ввода/вывода: клавиатура, манипулятор, монитор.

Дополнительные устройства ввода/вывода: принтер, сканер, модем, акустическая система и др.

Вопросы и задания

1. От каких характеристик компьютера зависит его производительность?

2. Информационный объем какого порядка имеют винчестеры, CD-ROM, DVD-ROM?

3. Какие устройства памяти являются встроенными, какие — сменными?

4. Какие устройства ввода/вывода являются обязательными для ПК, какие — дополнительными?

Офисные компьютеры

Составить документ, отредактировать файл, вести бухгалтерскую отчетность – приблизительно такие виды работ выполняет компьютер в офисе, поэтому и комплектующие его должны быть соответствующие. Для офисов подбирают самые дешевые и слабые системы, которые годятся лишь для работы с офисными программами. Впрочем, если в компании занимаются черчением в программах типа Autocad, то в офисах могут использоваться более мощные системы.

При выборе ПК для дома пользователи стараются выбирать как можно более продвинутые системы и мощные комплектующие, хорошие мониторы. Большинство не желает покупать процессоры с интегрированными видеокартами, а отдает предпочтение дискретным картам. Домашний компьютер должен уметь не только воспроизводить фильмы и открывать документы, но даже игры. Такая система также должна комплектоваться большим монитором – проводить время за таким компьютером дома гораздо приятнее.

Материнская плата

Материнская плата является самой большой в системном блоке печатной платой, на которую устанавливаются все основные узлы компьютера (CPU, ОЗУ, видеокарта), также она имеет разъемы для подключения жесткого диска и дисководов, а также шлейфов портов USB и разъемы, выходящие на заднюю панель корпуса. Материнская плата выполняет согласование работы всех устройств компьютера.

Основные характеристики персонального компьютера

Выбирать персональный компьютер или ПК программисты советуют по основным характеристикам:

1. Количество ядер центрального процессора. Современные машины укомплектованы восьмиядерным процессором, но, очевидно, что в будущем их количество может заметно увеличиться.
2. Тактовая частота процессора или CPU, то есть объем операций, который машина может выполнить за единицу времени (секунду). Современные устройства имеют CPU не менее 2 ГГц.
3. Объем оперативной памяти (ОЗУ), измеряемый в гигабайтах. Чем этот показатель выше, тем лучше. В магазинах встречаются модели с параметрами объема ОЗУ от 2-х до 64-х Гб и более.
4. Еще одна важная характеристика персонального компьютера – объем памяти видеокарты, который тоже измеряется в гигабайтах и варьируется от 1-го до 24-х Гб.
5. Объем свободного пространства на жестком диске (SSD). Может варьироваться от 250 до 1000 Гб и более.
6. Тип операционной системы и ее версию.

Связываем всё вместе

Подводя итоги сказанному выше, можно констатировать, что компьютеры – это очень удачное и крайне полезное сочетание аппаратной и программной части. На вопрос «Как устроен компьютер?» можно ответить такой формулой:

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

или то же самое «по-русски»,

p, blockquote 42,0,0,1,0 —>

Приведенная формула наглядно показывает, что проблемы, которые возникают на компьютере, связаны

• либо с аппаратной частью компьютера (т.е. с «железом»),
• либо с программной частью компьютера (т.е. с операционной системой или с прикладной программой).

Аппаратная часть персонального компьютера – это

• материнская плата с установленными на ней (или подключенными к ней с помощью кабелей) остальными частями компьютера:
  • процессор,
  • оперативная память,
  • жесткие диски,
  • дисководы (приводы) CD- и DVD-,
  • а также прочие устройства, такие как
    • звуковая плата,
    • видео карта,
    • ТВ-тюнер и
    • пр.

    Все устройства персонального компьютера заключены в корпус и запитаны от блока электропитания или от аккумуляторной батареи.

    p, blockquote 46,0,0,0,0 —>

    Для удобства работы с компьютером к нему подключаются также

    • клавиатура, ,
    • монитор,
    • звуковые колонки и
    • другие полезные устройства.

    Программная часть персонального компьютера состоит из

    • операционной системы и
    • прикладного программного обеспечения.

    Операционная система позволяет запустить аппаратный комплекс, добиться его слаженной и четкой работы. Прикладные программы являются самыми полезными и самыми важными частями программно-аппаратного комплекса, поскольку именно с их помощью пользователи компьютеров выполняют свои задачи на персональном компьютере.

    p, blockquote 49,0,0,0,0 —>

    Таким образом, если Вы видите и читаете данный текст, это значит, что в Вашем компьютере все вышеперечисленные программные и аппаратные элементы работают слаженно, четко, бесперебойно и взаимосвязанным образом.

    Типы компьютеров

    В чем же заключаются различия по типу компьютеров? Тип – это некоторая группа, обладающая схожими функциями, целями и задачами, а порой и внешним видом. Если, например, персональный компьютер – это тип, то ноутбуки или моноблоки – его виды. Несколько десятилетий назад классификация компьютеров включала в себя как современные цифровые, так и аналоговые машины, но последние канули в Лету, и мы здесь будем говорить только о цифровых устройствах.

    Персональный компьютер

    

    Это наиболее распространенный тип подобной техники, такой компьютер предполагает непосредственное взаимодействие с человеком напрямую и выдачу понятной последнему информации. Классификация персональных компьютеров в общем виде включает в себя стационарные и портативные устройства, о каждом из этих видов мы поговорим немного подробнее.

    Применение компьютеров

    Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения расчётов.

    Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.

    Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

    Наконец, компьютеры развились настолько, что компьютер стал главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Т. е. теперь почти любая работа с информацией осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи.

    Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект — применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач — игры, машинный перевод текста, экспертные системы.

    Аппаратное обеспечение и программное обеспечение

    Прежде, чем пойти дальше, вы должны знать о двух важных вещах: это аппаратное обеспечение компьютера или другими словами «Железо», и программное обеспечение или просто программы, с которыми мы ежедневно выполняем какие либо задачи на компьютере.

    • Аппаратное обеспечение (железо, оборудование) — это та часть компьютера, которую мы можем потрогать, пощупать, такие как монитор, системный блок, клавиатура или мышь. Также к аппаратной части компьютера относится все внутренние компоненты компьютера, например, материнская плата которая находиться внутри системного блока.
    • Программное обеспечение — это то что управляет аппаратной частью компьютера. Т.е. простыми словами это программы (любые программы), такие как Microsoft Word, Excel, Windows, Браузеры, игры и т.д. Ниже на изображении вы можете увидеть Microsoft PowerPoint, программа которая используется для создания презентаций.

    Все ваши действия на компьютере связаны с аппаратным и программным обеспечением. Например, сейчас вы просматриваете эту веб страницу и изучаете урок с помощью веб-браузера (программного обеспечения), и на правой руке вы держите мышь (аппаратное обеспечение), с помощью которого можете легко перемещаться по страницам.