Устройство персонального компьютера. 2

УНИВЕРСИТЕТ ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКОВ И ДЕЛАВОЙ  КАРЬЕРЫ 
 
 
 

Реферат

Тема: Устройство персонального компьютера 
 
 

Выполнила: Муратпек Айман

                                                                                        МО 11-04-01 
 
 
 
 
 

Алматы 2011 

План

1. Базовая аппаратная конфигурация
2. Внутренние устройства системного блока
3. Системы расположенные на материнской плате
4. Периферийные устройства персонального компьютера

Устройство  персонального компьютера

Базовая аппаратная конфигурация

  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 таком комплекте компьютер  обычно поставляется. Понятие базовой  конфигурации может меняться. В настоящее  время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

  -    системный блок;

  -    монитор;

  -    клавиатуру;

  -    мышь.

Системный блок

  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, называют внешними. Внешние  дополнительные устройства, предназначенные  для ввода, вывода и длительного  хранения данных, также называют периферийными.

  По  внешнему виду системные блоки различаются  формой корпуса. 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. В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: АТ и 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 200-250Вт.

Монитор

  Монитор — устройство визуального представления  данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его  основными потребительскими параметрами  являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации  изображения, класс защиты.

  Размер  монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные  размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.

  Изображение на экране 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. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. 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 0,25-0,27мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0,43мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0,25мм.

  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, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

  Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор  с точки зрения требований техники  безопасности. В настоящее время  общепризнанными считаются следующие  международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт МРR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО-95 и ТСО-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ТСО-95, а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

  Большинством  параметров изображения, полученного  на экране монитора, можно управлять  программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения.

Клавиатура

  Клавиатура  — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для  ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют  компьютерной системой, а с помощью  монитора получают от нее отклик.

Состав  клавиатуры

  Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально  распределенных по нескольким группам.

  Группа  алфавитно-цифровых клавиш предназначена  для ввода знаковой информации и  команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша  может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может  использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода  прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить  регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное  переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают  нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически  начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода  команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

  Для разных языков существуют различные  схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми  клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются  программным образом — это  одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows98 для этой цели могут  использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При  работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

  Общепринятые  раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур  пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются  раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать  по символам, закрепленным за первыми  клавишами верхней строки алфавитной группы.

  Группа  функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в  верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в  некоторых случаях и от свойств  операционной системы. Общепринятым для  большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти  справку о действии прочих клавиш.

  Служебные клавиши располагаются рядом  с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими  приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные  выше клавиши SHIFT и ENTER; реестровые клавиши ALT и CTRL – их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд; клавиша TAB – для ввода  позиций табуляции при наборе текста; клавиша ESC – для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE – для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Мышь

  Мышь  — устройство управления манипуляторного  типа. Представляет собой плоскую  коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности  синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

ВНУТРЕННИЕ  УСТРОЙСТВА СИСТЕМНОГО БЛОКА

Материнская плата

  Материнская плата — основная плата персонального  компьютера. На ней размещаются:

  -    процессор — основная микросхема, выполняющая 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 для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

  -    разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Жесткий диск

  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 2n поверхностей, где n — число отдельных дисков в группе.

  Над каждой поверхностью располагается  головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях  вращения дисков (90об/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.

  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). Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20Гбайт. В настоящее время достигнут технологический уровень 6,4Гбайт на пластину, но развитие продолжается.

  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 30-60Мбайт/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 13-16Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE; до 80Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI и  от 50Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394.

  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 5400об/мин, среднее время  доступа составляет 9-10мкс, для дисков с частотой 7200об/мин — 7-8мкс. Изделия  более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 5-6мкс.

Дисковод  компакт-дисков cd-rom

  В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали  включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной  стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.

  Аббревиатура CD-ROM (Compact. Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650Мбайт данных.

  Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.

  Основным  недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.

  Основным  параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в  кратных долях. За единицу измерения  принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной  скоростью чтения обеспечивает производительность 300Кбайт/с, с учетверенной скоростью  — 600Кбайт/с и т.д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи — до 4х.

Видеокарта (видеоадаптер)

  Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального  компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей  области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область  памяти, в которую процессор заносил  данные об изображении. Специальный  контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

  С переходом от черно-белых мониторов  к цветным и с увеличением  разрешения экрана (количества точек  по вертикали и горизонтали) области  видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться  с построением и обновлением  изображения. Тогда и произошло  выделение всех операций, связанных  с управлением экраном, в отдельный  блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в  виде отдельной дочерней платы, которая  вставляется в один из слотов материнской  платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции  видеоконтроллера, видеопроцессора  и видеопамяти.

  За  время существования персональных компьютеров сменилось несколько  стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов), VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480; 800х600; 1024х768; 1152х864; 1280х1024 точек и далее).

Разрешение  экрана монитора

  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. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

СИСТЕМЫ, РАСПОЛОЖЕННЫЕ НА МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЕ

Оперативная память

  Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

  Ячейки  динамической памяти (DRAM) можно представить  в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

  Ячейки  статической памяти (SRAM) можно представить  как электронные микроэлементы  — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

  Микросхемы  динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной  для оптимизации работы процессора.

  Каждая  ячейка памяти имеет свой адрес, который  выражается числом. В настоящее время  в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296байт (4,3Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.

  Одна  адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким  образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

  Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х  годов поле памяти размером 1Мбайт  казалось огромным, в начале 90-х годов  достаточным считался объем 4Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8Мбайт, а затем и до 16Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64Мбайт, но очень  скоро эта величина будет превышена  в 2-4 раза даже для моделей массового  потребления.

  Оперативная память в компьютере размещается  на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие  разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов, системного блока, и в таких  случаях операцию поручают специалистам.

  Конструктивно модули памяти имеют два исполнения — однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

  Основными характеристиками модулей оперативной  памяти являются объем памяти и время  доступа. SIMM-модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32Мбайт, а DIMM-модули — 16, 32, 64, 128Мбайт  и более. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для  обращения к ячейкам памяти —  чем оно меньше, тем лучше. Время  доступа измеряется в миллиардных  долях секунды (наносекундах, нс). Типичное время доступа к оперативной  памяти для SIММ-модулей — 50-70нc. Для современных DIMM-модулей оно составляет 7-10нc.

Процессор

  Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все  вычисления. Конструктивно процессор  состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках  данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также  отметить, что данные, попавшие в  некоторые регистры, рассматриваются  не как данные, а как команды, управляющие  обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости  от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

  С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной  памятью, процессор связан несколькими  группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

  Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с  теми байтами, которые хранятся в  его регистрах. Эти команды поступают  в процессор тоже из оперативной  памяти, но не из тех областей, где  хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды  тоже представлены в виде байтов. Самые  простые команды укладываются в  один байт, однако, есть и такие, для  которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Система команд процессора

  В процессе работы процессор обслуживает  данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также  данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть  данных — как адресные данные, а  часть — как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может  выполнить процессор над данными, образует так называемую систему  команд процессора. Процессоры, относящиеся  к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и  невзаимозаменяемые.

Основные  параметры процессоров

  Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая  тактовая частота, коэффициент внутреннего  умножения тактовой частоты и  размер кэш-памяти.

  Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская  плата, поэтому разным маркам процессоров  соответствуют разные материнские  платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники  происходит постепенное понижение  рабочего напряжения. Ранние модели процессоров  х86 имели рабочее напряжение 5В. С  переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3В, а в настоящее время оно составляет менее 3В. Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.