Аппаратная конфигурация персонального компьютера Персональный компьютер это

Аппаратная конфигурация персонального компьютера Персональный компьютер – это универсальное устройство для обработки информации. Обработка информации предполагает выполнение следующих функций: • прием (ввод) информации; • запоминание информации (память); • процесс мышления (обработка информации); • передача (вывод) информации. Компьютер включает в себя устройства, выполняющие эти функции: • устройства ввода; • устройства запоминания память; • устройство обработки – процессор; • устройство вывода.

Аппаратная конфигурация персонального компьютера Аппаратная часть ПК состоит из следующих компонентов: • Системный блок (микропроцессор и внутренняя память, дисководы, контроллеры внешних устройств, блок питания); • Устройства ввода вывода информации (клавиатура, дисплей, мышь, принтер и т. д. ) Персональный компьютер — универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства: • системный блок; • монитор; • клавиатура; • мышь.

Системный блок компьютера Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, — внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и дли тельного хранения данных, также называют периферийными. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim). Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Прежним стандартом корпуса персональных компьютеров был форм фактор AT, в настоящее время в основном используются корпуса форм фактора АТХ. Форм фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы. Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250 300 Вт.

Системный блок компьютера Системная плата (материнская плата) – основной аппаратный компонент компьютера. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, а также слоты для установки контроллеров внешних устройств. На ней размещаются: • Микропроцессор — основная микросхема, выполняющая функции обработки информации (большинство математических и логических операций); • микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы; • шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; • оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен; • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) микросхема, предназначенная длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен; • Внешняя память – это различные носители: магнитные ленты и диски, оптические диски, на которых хранится информация. • разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Системный блок компьютера Все устройства ПК, кроме процессора и внутренней памяти, называются внешними устройствами. Каждое внешнее устройство взаимодействует с процессором ПК через специальный блок, который называется контроллером. Существуют контроллер дисковода, контроллер принтера, контроллер мыши и т. д. Задача контроллера – преобразование информации, поступающей от процессора, в соответствующие сигналы, управляющие работой внешнего устройства. Для того чтобы компьютер мог обмениваться информацией с другими компьютерами с помощью локальных (местных) и глобальных компьютерных сетей в его состав включают сетевую плату и модем.

Устройства ввода-вывода информации Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты. Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части экрана по диагонали. Единица измерения дюймы. Стандартные размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". Изображение на экране ЭЛТ монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0, 24 0, 26 мм. На экране ЖК монитора изображение образуется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного напряжения. Элементарная триада состоит из трех ячеек зеленого, красного и синего цвета и соответствует одному пикселю экрана. Размер монитора по диагонали и разрешение экрана однозначно определяет размер такой триады и, тем самым, зернистость изображения.

Устройства ввода-вывода информации (мониторы) Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера (см. ниже), хотя предельные возможности определяет все таки монитор. Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. Для ЭЛТ мониторов минимальным считают значение 75 Гц, нормативным 85 Гц и комфортным 100 Гц и более. У ЖК мониторов изображение более инерционно, так что мерцание подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц уже считается комфортной. Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует мони тор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время обще признанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99, ТСО-03 и т. д. Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения.

Устройства ввода-вывода информации (видеокарта) Совместно с монитором видеокарта (видеоадаптер) образует видеоподсистему ПК. Видеоадаптер имеет функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти. За время существования ПК сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16, 7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1152 x 864; 1280 x 1024 и т. д. ). Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. Размер буфера кадра видеопамяти можно определить по следующей формуле: где: Р - необходимый объем памяти видеоадаптера; т горизонтальное разрешение экрана (точек); п вертикальное разрешение экрана (точек); b - разрядность кодирования цвета (бит).

Устройства ввода-вывода информации (видеокарта) Видеоускорение - одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2 D) и трехмерной (3 D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами, использующими стандартный интерфейс (обычно офисного применения), и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр, и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций. Все современные видеокарты обладают функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

Устройства ввода-вывода информации (аудио-карта) Звуковая карта (аудио карта) явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования. Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32 разрядные и 64 разрядные устройства. В отсутствие повышенных требований к качеству звука можно использовать интегрированные звуковые системы, в которых функции обработки звука выполняются центральным процессором и микросхемами материнской платы. В этом случае колонки или иное устройство воспроизведения звука подключается к гнездам, установленным непосредственно на материнской плате.

Устройства ввода-вывода информации Микрофон. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается ко входу звуковой карты. Принтеры предназначены для вывода на бумагу числовой, текстовой и графической информации. По своему принципу действия принтеры делятся на матричные (с печатающей головкой, содержащей 9 – 24 иголки), струйные (с чернильной печатающей головкой с отверстиями) и лазерные. Плоттер предназначен для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей и др. ). Принцип действия такой же как у струйных принтеров. Для прослушивания звука используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к выходу звуковой платы.

Функциональная схема компьютера Оперативная память Процессор МАГИСТРАЛЬ Долговременная память НГМД НЖМД CD ROM DVD ROM Устройства ввода Клавиатура Мышь Трекбол Джойстик Сканер Микрофон Цифровая камера Устройства вывода Монитор Принтер Акустические колонки Плоттер Устройства передачи / приема Сетевая плата Модем

Хранение информации Жесткий диск — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2 n поверхностей, где п число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 250 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск. Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно логическое устройство — контроллер жесткого диска.

Хранение информации В настоящее время функции контроллеров дисков частично интегрированы в сам жесткий диск, а частично выполняются микросхемами, входящими в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по прежнему могут поставляться на отдельной плате. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR — Giant Magnetic Resistance). В настоящее время на пластину может приходиться 40 и более Гбайт. С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от технологии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показатель скорости внутренней передачи данных (до 30 60 Мбайт/с), и потому их производительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13 16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE, до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI и от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394 и Serial ATA.

Хранение информации Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9 10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин — 7 8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 4 6 мкс. Логическая структура жестких дисков. Минимальным адресуемым элементом диска является кластер, который содержит несколько секторов. Файлам всегда выделяется целое число кластеров. При размещении на жестком диске большого количества небольших по размеру файлов приводит к потерям свободного дискового пространства, т. к. кластеры заняты лишь частично. Информационная емкость жестких дисков стандартных размеров, предназначенных для настольных компьютеров, может достигать 300 Гбайт, скорость обмена данными – до 100 Мбайт/с.

Хранение информации Для оперативного переноса небольших объемов информации используют гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Основными параметрами дискет являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость. Для хранения информации на диске он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана физическая и логическая структура диска. Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек (80 на одной стороне), которые в свою очередь делятся на сектора. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов. Логическая структура диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байт), каждый из которых имеет свой порядковый номер. Сектора нумеруются в линейной последовательности, от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки. При записи файлов на диск всегда занимается целое количество секторов. Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на различных дорожках. Для того, чтобы можно было найти файл по его имени, на диске имеется каталог, представляющий собой базу данных. Запись о файле содержит имя файла, адрес первого сектора, с которого начинается файл, объем файла, дату и время его создания. Полная информация о секторах, которые занимают файлы, содержится в таблице размещения файлов (FAT). Заявленная емкость неформатированной дискеты формата 3, 5” составляет 1, 44 Мбайт, информационная емкость доступная для записи данных составляет 1, 39 Мбайт. Скорость обмена данными (запись/считывание) – 50 Кбайт/с. Маркируются буквами HD (high density — высокая плотность).

Хранение информации В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода перемещается вдоль магнитного слоя носителя. На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов, которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются элементы поверхности носителя. При считывании информации, наоборот, намагниченные участки носителя создают в магнитной головке импульсы тока. Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью. При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой считывается информация. В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, т. к. такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хране ния информации недопустимо. Их используют только для транспортировки информации или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

Хранение информации Лазерные дисководы. Информация на лазерном диске записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Т. к. поверхность диска имеет участки с различным коэффициентом отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (0 или 1). На CD ROM (компакт диск) и DVD ROM (цифровой видео диск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Информационная емкость CD ROM диска 700 Мбайт. DVD ROM диски имеют емкость (до 17 Гбайт), т. к. информация может быть записана на двух сторонах, в два слоя на одной стороне, а сами дорожки имеют меньшую ширину. На дисках CD RW и DVD RW информация может быть записана многократно. Для записи и перезаписи дисков используют специальные CD RW и DVD RW дисководы. Основным параметром дисководов СD RОМ является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения музыкальных компакт дисков, составляющая в пересчете на данные 150 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 48 х 56 х. Для заготовок, рассчитанных на однократную запись, скорость записи в соответствующих устройствах не уступает скорости чтения. Для заготовок многократной записи скорость записи может составлять 12 х~24 х.