Техническое обеспечение компьютера

Содержание 

 Введение………………………………………………………………………….2

1. Внутренние  устройства ПК…………. ………………………………………..3

2 Внешние устройства ПК ………………………………...……………………..9

3. Перспективы  развития аппаратного обеспечения……………….………….12

Заключение………………………………………………….…………..………..19 

 Список использованных  источников……………………………………..…....20

Введение

     В настоящем времени трудно назвать  те области человеческой деятельности, успехи в которых не были бы связаны  с использованием компьютера. Сфера  применения компьютера постоянно расширяется, существенно влияя на развитие производительных сил нашего общества. Непрерывно изменяются технико-экономические характеристики компьютера, например, такие, как быстрота действия, ёмкость памяти, надёжность в работе, стоимость, удобства в эксплуатации, габаритные размеры, потребляемая мощность и др. В широком понимании всякий компьютер рассматривается как преобразователь информации. При этом под информацией понимается различные сведения о тех или иных явлениях природы, событиях общественной жизни или процессах, протекающих в технических устройствах.

Персональный  компьютер (ПК) – это не один электронный  аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных  устройств, каждое из которых выполняет  определенные функции. Часто употребляемый  термин "конфигурация ПК" означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д. [1, 201 с.]

 Эффективность  использования ПК в большой  степени определяется количеством  и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

     Обычно IBM-совместимые ПК состоят из трех частей (блоков):

     -системного блока;

     -монитора (дисплея);

     -клавиатуры (устройства, позволяющего вводить символы в компьютер).

     Компьютеры  выпускаются и в портативном  варианте – в “наколенном” (лэптоп 4-12кг), или “блокнотном” (ноутбук 2-6кг), исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены  в один корпус:

     Однако есть устройства, которые в любом случае установлены на современном персональном компьютере.

      1. Внутренние  устройства ПК.

1.1.Микропроцессор 

     Самым главным элементом в компьютере, его “мозгом” является микропроцессор – электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим возможностям микросхемы Intel 4004 – первого микропроцессора, созданного в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. [1, 112с.]

     На  первый взгляд процессор это просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных  элементов – транзисторов, которые  в совокупности и наделяют компьютер способностью “думать”. Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора – “вычислителя” и сопроцессора – специального блока для операций с “плавающей точкой” (или запятой). Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для работы с рядом графических программ.

     Процессоры, предназначенные для работы одной  копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную  реализацию мультипроцессорности.

     Первым  многоядерным микропроцессором стал POWER4 от IBM, появившийся в 2001 и имевший два ядра.

     В октябре 2004 Sun Microsystems выпустила двухъядерный процессор UltraSPARC IV, который состоял  из двух модифицированных ядер UltraSPARC III. В начале 2005 был создан двухъядерный UltraSPARC IV+.

     14 ноября 2005 года Sun выпустила восьмиядерный  UltraSPARC T1, каждое ядро которого  выполняло 4 потока.

     5 января 2006 года Intel представила первый  двухъядерный процессор на одном  кристале Core Duo, для мобильной платформы.

     В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad на ядре Kentsfield, представляющий собой сборку из двух кристаллов Conroe в одном корпусе. Потомком этого процессора стал Intel Core 2 Quad на ядре Yorkfield (45 нм), архитектурно схожем с Kentsfield но имеющем больший объём кэша и рабочие частоты. В октябре 2007 года в продаже появились восьмиядерные UltraSPARC T2, каждое ядро выполняло 8 потоков.

     10 сентября 2007 года были выпущены  в продажу нативные (в виде  одного кристалла) четырёхъядерные  процессоры для серверов AMD Opteron, имевшие в процессе разработки кодовое название AMD Opteron Barcelona.19 ноября 2007 года вышел в продажу четырёхъядерный процессор для домашних компьютеров AMD Phenom. Эти процессоры реализуют новую микроархитектуру K8L (K10).

     Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырёхъядерные процессоры которой  представляют собой фактически склейку  двух двухъядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач

     На  данный момент массово доступны процессоры с 2, 3, 4 и 6 ядрами, а также 2, 3 и 4-модульные  процессоры AMD поколения Bulldozer. В серверном  сегменте также доступны 8-ядерные  процессоры Xeon и Nehalem (Intel) и 12-ядерные Opteron (AMD)[2, 156 с.]

1.2 Кэш память 

     Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначена для хранения промежуточных результатов. [1, 78 с.]

     Кэш-память второго уровня – память чуть медленнее, зато больше – от 128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора, а может – отдельно, в виде дополнительного кристалла .

     Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная  память.

1.3 Оперативная память

     Оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) - в информатике - память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). [1, 100 с.]

     Предназначена для временного хранения данных и  команд, необходимых процессору для выполнения им операций.

     Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память.

     Каждая  ячейка оперативной памяти имеет  свой индивидуальный адрес. ОЗУ может  изготавливаться как отдельный  блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

     На  сегодня наибольшее распространение  имеют два вида ОЗУ:

     SRAM (Static RAM) ОЗУ, собранное на триггерах, называется статической памятью с произвольным доступом, или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти -- скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи. [1, 312 с.]

     DRAM (Dynamic RAM) Более экономичной вид памяти. Для хранения разряда (бита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и, во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов). Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того, чтобы установить в 1 бит на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того, чтобы бит установить в 0, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные (в 10 и более раз) операции, чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус -- конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое битов, конденсаторы необходимо регенерировать через определённый интервал времени, чтобы восстанавливать заряд. Регенерация выполняется путем считывания заряда (через транзистор). Контроллер памяти периодически приостанавливает все операции с памятью для регенерации её содержимого, что значительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Память на конденсаторах получила своё название Dynamic RAM (динамическая память) как раз за то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени. [5, 45 с.]

     Чтобы компьютер работал, необходимо, чтобы  в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера. Таким образом, для компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:  

     1.4 Контроллеры и  адаптеры  

     1) Для каждого внешнего устройства  в компьютере имеется электронная схема (контроллер или адаптер), которая им управляет. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

     2) Все контроллеры и адаптеры  взаимодействуют с процессором  и оперативной памятью через  системную магистраль передачи данных, называемой шиной. Шина – системная плата, обеспечивающая ввод-вывод информации. Характеристикой шины является скорость обмена.

     Основные  типы шин (расположены в порядке  улучшения характеристик): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP. Разъёмы-“слоты” стандарта PCI. Родился он около 20 лет назад и сегодня является основным стандартом слотов для подключения дополнительных устройств. Разъёмы PCI – обычно самые короткие, белого цвета, разделенные своеобразной “перемычкой” на две неравные части. Ранее в слот PCI устанавливалась и видео карта, теперь для этой цели служит разъем AGP (Advanced Graphic Port). Это специальный, более быстрый с точки зрения пропускной способности слот. [3, 127 с.]

     Для упрощения подключения устройств  электронные схемы состоят из нескольких модулей – электронных плат. На основной плате компьютера – системной (материнской) – располагаются процессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. “Гнездо” для установки процессора: для каждого форм-фактора процессора существует свой тип материнской платы, как правило, несовместимый с другими процессорами.

     Наиболее  известными производителями системных плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock. [7, 178 с.]

     Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах, является контроллер портов ввода-вывода.

     Типы  портов:

     -параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры;

     -последовательные асинхронные порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются мышь, модем и т. д.;

     -игровой порт – для подключения джойстика;

     -порт USB (USB 2) – - порт с наивысшей скоростью ввода-вывода, к нему подключаются новые модели принтеров, сканеров, модемов, мониторов и т.д. Одним из его достоинств является возможность подключения целой цепочки устройств. Например, через один порт USB подключен принтер, через принтер подключен сканер и т.д.

     Некоторые устройства могут подключать и к  параллельным, и к последовательным портам, и к порту USB (USB 2). Самый  быстрый обмен осуществляется через  порт USB 2, затем USB, параллельные же порты  выполняют ввод-вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле). [9, 67 с.] 

1.5 Видеоадаптер 

     Видеоадаптер  (видеоконтроллер, видеокарта) предназначен для работы в графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты является поддержка объёмной, трёхмерной графики (3D). Никогда не помешает и дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём телевизионного сигнала. Главной характеристикой является объём памяти. Современные графические приложения и игры требуют от видеокарты наличие как можно большего количества памяти. [1, 234 с.]

1.6 Жесткий диск 

     Жесткий диск (винчестер, HDD) – предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе компьютера: операционной системы, документов, игр и т.д. Основными характеристиками жесткого диска являются его емкость, измеряемая в гигабайтах (Гб), скорость чтения данных, среднее время доступа, размер кэш-памяти. Информация хранится на одной или нескольких круглых пластинках с магнитным слоем, над которыми летают магнитные записывающие головки. Винчестеры подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей, каждый из которых рассчитан на два устройства. [1, 56 с.]

1.7 Внутренний динамик 

     Внутренний  динамик (PC Speaker) – устройство, предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Например, в начале загрузки компьютера происходит тестирование оборудования.

Кроме того, внутренний динамик может использоваться некоторыми DOS программами и играми. [5, 98 с .]

1.8 Звуковая карта 

     Звуковая  карта – устройство, необходимое для редактирования и вывода звука, посредством звуковых колонок. Звуковые карты бывают нескольких типов: встроенные в системную плату, устанавливаемые в слот PCI или подключаемые через порт USB. [1, 211 с.]

1.9 Устройства CD

1.9.1 Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM)

     Устройство  для чтения компакт-дисков (CD-ROM) предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая емкость дисков, быстрый доступ, надежность, универсальность, низкая стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства – скорость. Самые первые CD-ROM – 1-скоростные. Потом появились 52-скоростные CD-ROM. Что значит 52 скоростной привод? Это значит, что он читает данные в 52 раза быстрее самого первого 1 скоростного (150 Кб/с) CD-ROM. Следовательно, 52 умножаем на 150… 7800 килобайт в секунду! Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM – не возможность записи информации. Для этого необходимы другие устройства:

1.9.2 Устройство однократной  записи CD-R

     CD-R – дисковод с возможностью однократной записи информации на специальный диск, в России их называют “болванками”. Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.

1.9.3 Устройство многократной  записи CD-RW

     CD-RW – дисковод с возможностью многократной записи информации. Это устройство работает совершенно по другому принципу и совсем другими дисками, чем CD-R. Большее распространение получает DVD-ROM – устройство, предназначенное для чтения дисков формата DVD. [1, 301 с.]

1.10 Накопители на  гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках)

     Накопители  на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках) позволяют переносить документы  с одного компьютера на другой, хранить информацию. Основным недостатком накопителя служит его малая емкость (всего 1,44 Мб) и ненадежность хранения информации. Сейчас почти не используются. [1, 297 с.]

     Альтернативные устройства: внешние дисководы, с дисками емкостью до 1,5 Гб.

1.11 USB-флеш-накопитель

       — запоминающее устройство, использующее  в качестве носителя флеш-память  и подключаемое к компьютеру  или иному считывающему устройству  по интерфейсу USB. [1, 308 с.]

     USB-флешки  обычно съёмные и перезаписываемые. Размер — около 5 см, вес —  меньше 60 г. Получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов и большого объёма памяти (от 32 МБ до 256 ГБ). Основное назначение USB-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (LiveUSB) и др. Разработан умещающийся на флешку пакет программ для автоматического снятия улик с компьютера неквалифицированным полицейским (COFEE).

     Обычно  устройство имеет вытянутую форму  и съёмный колпачок, прикрывающий разъём; иногда прилагается шнур для ношения на шее. Современные флешки могут иметь самые разные размеры и способы защиты разъёма, а также «нестандартный» внешний вид (армейский нож, часы и т. п.) и различные дополнительные возможности (например, проверку отпечатка пальца и т. п.). [6, 36 с.]

1.12 BIOS (Basic Input - Output System)

BIOS (Basic Input - Output System) – базовая система ввода-вывода – микросхема, установленная на материнской плате. Именно здесь хранятся основные настройки компьютера. С помощью BIOS можно изменить скорость работы процессора, параметры работы для других внутренних и некоторых внешних устройств компьютера. BIOS – это первый и самый важный из мостиков, связующий между собой аппаратную и программную часть компьютера. Поэтому для современных BIOS немало важными особенностями является возможность её обновления, работы со стандартом Plag&Play (включи и работай), возможность загрузки компьютера с CD-ROM, сети и дисководов ZIP. [1, 211 с.]

2. Внешние устройства ПК.

2.1 Клавиатура 

     Клавиатура  – устройство, предназначенное для ввода в компьютер информации от пользователя. Современная клавиатура состоит из 104 укреплённых в едином корпусе клавиш. [1, 28 с.]

2.2 Мышь 

     Мышь  – манипулятор для ввода информации в компьютер. Он необходим для работы с графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при работе в новых операционных системах. Основной характеристикой мыши является разрешающая способность, измеряемая в точках на дюйм (dpi). Неплохо иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает её сохранность и долговечность. Самые простые и дешевые модели – оптико-механические. Более дорогие и надёжные модели “мышек” - оптические. А самым большим шиком считаются инфракрасные беспроводные мыши. [1, 32 с.]

2.3 Джойстик 

     Джойстик  - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопками, употребляется в компьютерных играх. [1, 55 с.]

2.4 Монитор 

     Монитор (дисплей) - устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. От качества монитора зависит сохранность зрения и обще утомляемость при работе. [1, 100 с.]

     По  типу экрана делятся на:

     ЭЛТ — на основе электронно-лучевой  трубки (англ. cathode ray tube, CRT)

     ЖК  — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)

     Плазменный  — на основе плазменной панели (plasma display panel, PDP, gas-plazma display panel)

     Проектор  — видеопроектор и экран, размещённые  отдельно или объединённые в одном  корпусе (как вариант — через  зеркало или систему зеркал); и  Проекционный телевизор

     OLED-монитор  — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)

     Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение  непосредственно на сетчатке глаза.

     Лазерный  — на основе лазерной панели (пока только внедряется в производство) [5, 94 с.]

2.5 Принтер 

     Принтер – устройство, предназначенное для вывода текстовой и графической информации на бумагу. Различают матричные, струйные и лазерные принтеры (расположены в порядке улучшения качества и скорости печати). Принтеры бывают цветные и черно-белые. [1, 76 с.]

2.6 Сканер 

     Сканер  – устройство для ввода в компьютер текстовой и графической информации. Сканеры бывают ручные, настольные и даже напольные. Ручные сканеры дешевле прочих, но качество и точность сканирования у них очень малы. Настольные планшетные сканеры позволяют достигать намного лучшего результата, но цена таких сканеров намного выше. [1, 80 с.]

2.7. Плоттер 

     Плоттер – устройство, позволяющее выводить графическую информацию на бумагу или другие носители. Типовые задачи для плоттеров – выполнение различных чертежей, схем, рисунков, графиков, карт и т.п. Современные плоттеры классифицируются по формату использования бумаги и типу пишущего механизма. Цена плоттера и расходных материалов, как правило, достаточно высока. Но качество близко к полиграфическому и оправдывает все затраты. [1, 87 с.]

2.8 Дигитайзер 

     Дигитайзер  – приспособление для ввода графической информации в компьютер, а проще – для рисования. На планшете чувствительным к нажатию специального карандаша – стилуса. Изображение моментально с планшета переносится на экран монитора. В комплекте с дигитайзером поставляется 4-кнопочная “мышь”. Формат планшетов – от А4 до А0. Естественно, что данное устройство очень дорого для обычного пользователя. А вот для дизайнеров и художников-полиграфистов это устройство незаменимый помощник, быстро окупающий себя. [7, 62 с.]

2.9. Модем 

     Модем ( мо дулятор- дем одулятор)- устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий. По своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на внутренние (internal) и внешние (external). Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер, а внешние - автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Внешний модем стоит дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности и более легкой установки. Основной параметр в работе модема - скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду). Также существуют мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок. Последние годы спрос на модемы стал достаточно высок, т.к. они необходимы практически каждому работающему на компьютере человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети. [1, 311 с.]

2.10 Источник бесперебойного  питания (ИБП) 

     Источник  бесперебойного питания (ИБП) – устройство, предназначенное для защиты компьютера от скачков напряжения или отключения электроэнергии. Для надёжной работы компьютера ему необходимо устойчивое питание. Как показывает исследование фирмы IBM, за месяц практически каждый компьютер испытывает 128 нарушений электропитания – от скачков напряжения (которые могут привести к повреждению оборудования) до мгновенных и длительных понижений напряжения и отключения питания, которые могут вызвать потерю данных. ИБП при малейших колебаниях напряжения мгновенно переключает компьютер на аварийное питание от резервных батарей, позволяя продолжить работу при кратковременном отключении или корректно завершить работу при длительном отключении электроэнергии. [2, 123 с.]

3. Перспективы развития  аппаратного обеспечения  ПК.

3.1 Тенденции развития 

     Многоядерные  процессоры отражают тенденцию последних  лет: производительность компьютеров  постоянно повышается и вместе с тем уменьшается потребляемая мощность.

     Все большее значение многоядерные процессоры приобретают в условиях всеобщей «цифрофикации» окружающей нас информации. Музыка, видео, фотографии, игры - их носители повсеместно становятся цифровыми, растет и количество устройств, генерирующих, обрабатывающих и хранящих цифровой контент (фото- и видеокамеры, DVD- и МР3-плееры). [6, 134 с.]

     Еще одна важная задача - расширение коммуникационной функции ПК. Проникновение в наши офисы и дома новых телекоммуникационных технологий, таких как VoIP, а также рост пропускной способности сетей требует обработки огромного количества пакетов данных, но это не должно влиять на скорость работы основных приложений. Многоядерные процессоры помогут справиться с этой задачей, правильно распределив ресурс вычислительных ядер для обработки сетевых пакетов и выполнения других приложений [7, 97 с.].

     Многоядерные  процессоры Intel в сочетании с другими компонентами платформ предоставляют расширенные возможности для управления и для обеспечения безопасности. Они позволяют уменьшить время отклика системы во время одновременной работы нескольких управляющих или профилактических программ, таких как антивирусная проверка, обновление ПО, проверка конфигурации или запрос на инвентаризацию. Более того, используя технологию виртуализации, поддерживаемую многими платформами Intel, можно одновременно запустить несколько операционных систем без снижения производительности приложений в каждой из них.