Главные компоненты ПК
система охлаждения
модем
дисковод DVD;
источник бесперебойного питания;
телевизионный и УКВ тюнер;
сетевая карта – для выхода в сеть и интернет
звуковая карта – для работы со звуком
дисковод – для просмотра дисков
мышь – для манипулирования файлами и данными
мышь — устройство для определения относительных координат (смещения относительно предыдущего положения или направления) движения руки оператора. Относительные координаты передаются в компьютер и при помощи специальной программы, чем вызывают перемещения курсора на экране. Для отслеживания перемещения мыши используются различные виды датчиков.
сенсорные - не имеют ни кнопок, ни колесика, и поддерживают технологию сенсорного тачпада. Это позволяем при помощи различных жестов осуществлять нажатие, прокрутку в любом направлении, масштабирование, настроить выполнение нужных вам команд
гидроскопические - новое поколение устройств, распознающие движение не только в плоскости, но и в пространстве, т.е. ее можно вообще убрать со стола
индукционные - работают за счет использования индукционной энергии. Для их функционирования необходим специальный коврик, который работает по принципу графического планшета. Такие мыши обладают хорошей точностью, однако они очень не практичные и дороги
трекбол - обладает выпуклым шариком и напоминает перевернутую механическую компьютерную мышь. Вращая этот шарик вы перемещаете курсор по экрану, саму мышь при этом перемещать не надо. Исследования показали, что после 4-х часов активного использования компьютерной мыши, рука становится на 60% слабее вследствие усталости, в то время как использование трекбола такого негативного влияния не оказывает
лазерные - внешне не отличается от оптической, однако вместо светодиода и сенсора в ней используется лазер. Это позволяет значительно увеличить ее точность и снизить энергопотребление.
оптические - вместо вращающегося шарика используется светодиод и сенсор, что улучшает позиционирование и уменьшает размер устройства. Такие манипуляторы работают как фотокамеры, сканируя поверхность по которой перемещаются
механические - уже практически не используются. Их отличительной характеристикой являются размер и наличие тяжёлого резинного шарика, а также наличие коврика, который призван улучшить позиционирование
клавиатура – для ввода данных
Клавиатура — устройство для ввода информации в память компьютера. Внутри расположена микросхема, клавиатура связана с системной платой, нажатие любой клавиши продуцирует сигнал (код символа в системе ASCII), в памяти ЭВМ специальная программа по коду восстанавливает внешний вид нажатого символа и передает его изображение на монитор.
жесткий диск – для хранения информации
SSD жесткий диск (Solid State Drive, твердотельный привод). Они снабжены точно такими же интерфейсами IDE, SATA (SAS), как и у жестких дисков. Со стороны внешнего интерфейса SSD идентичны обычным винчестерам.
Принцип работы SSD жестких дисков
Архитектурно диск подключен к контроллеру IDE или SATA (это видно и в BIOS, и в диспетчере устройств), однако конструктивно он является самой настоящей встроенной памятью.Работа флеш-памяти основана на явлении диффузии электронов в полупроводнике. Из этого следуют два не очень приятных вывода:
- Срок хранения зарядов на плавающих затворах пусть и велик, но все же конечен.
- Каждый цикл записи понемногу "подтачивает" слой, отделяющий затвор от остальной массы кристалла. Примерно так же газон на футбольном поле сильнее всего бывает вытоптан перед воротами. Кроме того, со временем неизбежно происходит деградация самого материала. Из-за этого срок жизни ячейки ограничен некоторым числом циклов записи-перезаписи.
Типичный твердотельный диск состоит из управляющего процессора, нескольких микросхем флеш-памяти NAND, микросхемы (иногда нескольких) памяти DDR — кеша данных, чипа EEPROM с микропрограммой и элементов обвязки.
Физически SSD состоят из миллионов ячеек флеш-памяти NAND.
Особенности SSD накопителей
Наконец, SSD жестким дискам своим появлением обязана новая команда TRIM. Она опровергает казавшееся незыблемым положение о том, что "удаленные данные физически остаются на диске, пока блоки не будут перезаписаны новыми данными"
Прежде всего, это развитая схема чередования блоков (в SSD чипов флеш-памяти всегда несколько) и технология выравнивания износа ячеек. Флеш-память часто представлена чипами MLC (Multi-Level Cell), в которых каждая ячейка памяти может находиться не в одном из двух, а в одном из нескольких дискретных состояний.
Жесткий диск (HDD, винчестер) состоит из одной или нескольких стеклянных или металлических пластин, каждая из которых покрыта с одной или двух сторон магнитным материалом. Как правило, диск состоит из нескольких пластин, соединенных общим стержнем или шпинделем (spindle). Когда диск вращается, элемент, называемый головкой, считывает или записывает двоичные данные на магнитный носитель. Контроллер диска определяет используемый метод кодирования и плотность записи данных на диске. Некоторые современные диски имеют по головке на каждую дорожку и, следовательно, не тратят время на перемещение головок к нужной дорожке для считывания информации.
Разметку диска под конкретный тип файловой системы выполняют процедуры высокоуровневого или логического, форматирования. При высокоуровневом форматировании определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая для работы файловой системы, в том числе информация о доступном и неиспользуемом пространстве, о границах областей, отведенных под файлы и каталоги, информация о поврежденных областях. Кроме того, на диск записывается загрузчик ОС.
Логическое форматирование - процесс преобразования уже размеченного дискового пространства в соответствии со стандартами конкретной ОС. Единый стандарт разметки границ дискового раздела и разграничения разделов содержится в таблице разделов диска, которая находится в 1-ом секторе диска (цилиндр 0, дорожка 0, сектор 1). Таблица разделов содержит параметры диска, число разделов, размер и расположение каждого раздела и др.
Для организации логического диска каждая ОС разделяет его на две части:
область данных (Data)
Область данных предназначена для регистрации данных, хранящейся на диске. Содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу. С учетом общей структуры логического диска структуру всего дискового пространства, разбитого на несколько разделов, можно представить следующим образом:
Расширенная таблица разделов состоит из двух элементов: первый элемент расширенной таблицы разделов для первого логического устройства указывает на его загрузочный сектор, второй элемент — на EBR следующего логического устройства (ExtendedBootRecord, EBR - расширенная загрузочная запись).
Вся информация, необходимая для начальной загрузки компьютера, находится в самом первом секторе жёсткого диска. Эта информация называется главной записью загрузки — МВR (MasterBootRecord).
системная область
Системная область предназначена для хранения служебной информации и управляет использованием области данных: применяется для регистрации состояния каждого участка диска. Эта область создается при форматировании и обновляется при операциях с файлами. В системной области находятся:
Корневой каталог - встроенное оглавление информации, содержащейся в области данных. Корневой каталог на диске единственный, совпадает с именем соответствующего диска и не может быть удален программными средствами.
Таблица размещения файлов («таблица» - условное обозначение).
Загрузочная запись - начальная область логического диска, содержащая небольшую программу, инициализирующую процесс загрузки ОС. Содержит блок параметров диска (DPB – DiskParameterBlock) и системный загрузчик (SB – SystemBootstrap). Загрузочная запись системного диска называется главной загрузочной записью - MasterBootRecord.
Дефрагментация - процесс упорядочивания файлов таким образом, чтобы они лежали без пропусков
Кластер (ячейка размещения данных) - объем дискового пространства, участвующий в единичной операции чтения/записи, осуществляемой ОС. Кластер - это минимальный размер места на диске, которое может быть выделено файловой системой для хранения одного файла.
Кластер (англ. cluster)—в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Пример. Если файл имеет размер 2560 байт, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера. Размер кластера зависит от формата диска и может соответствовать одному сектору или нескольким смежным секторам дорожки. Размер кластера определяется, как правило, автоматически при логическом форматировании. Понятие кластер используется файловых системах FAT, NTFS, FS Plus.
Физическое форматирование - это процесс записи на поверхность диска служебной информации, обозначающей сектора на диске (пометка начала и конца дорожки и сектора).
На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические окружности (по ним располагаются синхронизирующиеся метки). Каждая концентрическая окружность называется дорожкой.
Количество дорожек зависит от типа диска. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру диска. Когда диск вращается, головка чтения/записи считывает двоичные данные с магнитной дорожки или записывает их на нее. Нумерация сторон начинается с 0.
Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, называются цилиндрами. Номер цилиндра совпадает с номером образующей дорожки. Жесткие диски могут иметь по несколько десятков тысяч цилиндров, на поверхности дискеты, как правило, их восемьдесят. Зная количество рабочих поверхностей, дорожек на одной стороне, размер сектора, можно определить емкость диска.
монитор – для отображения графики
ЖК (жидкокристаллический, LCD-мониторы) –жидкие кристаллы являются основой их работы, в данной технологии используются люминесцентные лампы. Также существуют LED-мониторы (LED — Light Emitting Diode). В них используется LED-подсветка (на основе светоизлучающих диодов).
ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) это устройство, содержащее в себе кинескоп, такой же, как в старых телевизорах. Использование такого монитора довольно вредно для здоровья и сегодня они мало применяются.
видеоконтроллер (видеокарта) – для вывода графики на монитор
оперативная память - временного хранения входных, выходных и промежуточных данных
ОП выделяется особыми функциями и спецификой доступа:
1. ОП хранит не только данные, но и выполняемую программу;
2. Микропроцессор имеет возможность прямого доступа в ОП.
Оперативная память (ОП, RAM - random access memory, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство), служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется.
ОП изготавливается в виде модулей памяти – пластин с рядами контактов, на которых размещаются микросхемы памяти. Модули устанавливаются в специальные разъемы на системной плате. Именно в ОЗУ загружаются выполняемые процессором программы и необходимые для ее выполнения данные.
процессор – для выполнения основных операций
кэш-память - очень быстрое запоминающее устройство небольшого объема, которое используется при обмене данными между МП и ОП для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором. Служит для временного хранения промежуточных результатов и содержимого наиболее часто используемых ячеек ОП и регистров МП. Объем кэш-памяти зависит от модели ПК и составляет обычно от 256 Кб до 2Мб.
Сокет
Разъем центрального процессора или сокет, служит для установки процессора на материнскую плату. Имеет свой условный номер, определяющий какое семейство ЦП можно в него установить. Это необходимо учитывать, если компьютер собирается из отдельных комплектующих. Каждое следующее поколение процессоров имеет свой сокет, не совместимый с предыдущими. Все многообразие сокетов можно разделить на две большие группы:
Сокеты процессоров компании AMD
Сокеты процессоров компании Intel
Центральный процессор (ЦП или центральное процессорное устройство, ЦПУ) — главная часть аппаратного обеспечения компьютера, является мозгом всей компьютерной системы, производя арифметические и логические операции с данными. ЦП – это электронный блок, либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ).
состав
генератор тактовой частоты (ГТЧ) - генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает центральный процессор.
запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора- это внутренняя память процессора. Регистры служат промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
устройство управления (УУ) - организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы
арифметико-логическое устройство (АЛУ) - выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др
Многоядерный процессор - содержащий два и более ядра общего назначения. Под многоядерностью процессора понимают, что несколько ядер являются интегрированными на одну интегральную схему процессора. В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на многоядерном процессоре. Однако, если приложение не оптимизировано, то оно не будет получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, а может даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой.
Главными характеристиками ЦПУ являются:
архитектура
энергопотребление
разрядность – определяет производительность
тактовая частота – определяет быстродействие и производительность
системная (материнская) плата – для обеспечения взаимодействия всех комплектующих между собой)
Физический BIOS
BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) — совокупность программы предназначенных для:
автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера
загрузки операционной системы в оперативную память
В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций:
Запуск компьютера и процедура самотестирования (Power-On Self Test — POST). Программа, расположенная в микросхеме BIOS, загружается первой после включения питания компьютера.
Настройка параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование настраивается в соответствии с параметрами BIOS, хранящимися в специальной CMOS-памяти.
Поддержка функций ввода/вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроенные функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, жесткими дисками, портами ввода/вывода и др.
Физически BIOS - это набор нескольких программ. Настройка самой BIOS происходит с помощью программы BIOS SetUp, в которую можно попасть при нажатии кнопки Delete (либо, в некоторых версиях - F2) во время загрузки компьютера.
Набор программ BIOS находится в памяти компьютера всегда, вне зависимости от того включен он или нет. Кроме того, BIOS должен быть очень надежно защищен, т.к. в случае "поломки" BIOS не сможет запустить компьютер. Поэтому, BIOS записан на специальной микросхеме постоянной памяти, которая находится на материнской плате.
Чипсеты и интерфейсная система
Чипсет (анг. chipset) - набор микросхем, спроектированных для совместной работы по выполнению каких-либо задач.
Классический чипсет на материнской плате состоит из двух больших микросхем:
Южный мост (Southbridge) - это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/OutControllerHub). содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности. Как правило, выход из строя южного моста ставит точку в жизни системной платы. Причин "гибели" южного моста на порядок больше, чем северного, т.к. он работает напрямую с "внешними" устройствами. Так, частой причиной выхода из строя ЮМ является перегрев, вызванный коротким замыканием, например, USB-разъема. Либо неисправности питания жесткого диска.
Cеверный мост (Northbridge) - это системный контроллер, являющийся одним из элементов чипсета материнской платы, отвечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видеоадаптером и процессором (CPU). Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы.
Элементы материнской платы:
10 - коннектор для подключения питания материнской платы (24-х контактный разъем для подключения блока питания и подачи напряжения на материнскую плату)
9 - коннекторы SATA портов (для подключения жестких дисков нового стандарта)
8 - радиатор южного моста (охлаждает южный мост чипсета материнской платы)
7 - слоты оперативной памяти
6 - слот PCIExpressx16 для видеокарты
5 - процессорный сокет (разъем для процессора)
4 - батарейка BIOS
3 - радиатор северного моста (охлаждает северный мост чипсета материнской платы компьютера)
2 - выводы для подключения периферийных устройств
1 - PCI слоты для подключения дополнительных плат расширения (ТВ тюнера, сетевой или звуковой карты и т.д.)
Материнская плата (англ. motherboard, МП) - сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы компьютера. Первая материнская плата была разработана фирмой IBM и показана в августе 1981 г. (PC-1). Это один из важнейших элементов ЭВМ, определяющий ее облик и обеспечивающий взаимодействие всех подключаемых к материнской плате устройств.
Первое, что бросается в глаза после открытия крышки настольного компьютера, это материнская плата. Она является самой большой платой внутри компьютера, а все остальные компоненты подключаются к ней.
МП обеспечивает взаимодействие всех компонентов, как единой системы, управляя их совместной работой. Например, есть жесткий диск с данными, но их обрабатывает процессор, а для этого эти данные должны оказаться в оперативной памяти. Чтобы пользователь компьютера увидел результаты работы процессора, видеокарта должна вывести их на монитор, а данные с клавиатуры и мыши, наоборот, должны поступить в процессор. Наконец, результаты работы надо сохранить обратно на жесткий диск компьютера. Координацией этой работы и занимается материнская плата компьютера.
корпус с блоком питания – для монтажа в него всех комплектующих
Персональный компьютер
Конфигурация ПК
Базовая конфигурация ПК - это минимальный комплект аппаратных средств, которых достаточно для работы с компьютером. На сегодняшний день для настольных компьютеров базовой считается конфигурация, содержащая: монитор, системный блок, клавиатура.
Конфигурацией ПК - полное описание набора и характеристик устройств, составляющий данный компьютер. ПК с технической точки зрения можно определить как единую систему, представляющую собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами (стандарт присоединения компонентов к системе)
Нестандартные конструкции ПК
Персональная рабочая станция - конструктивно любой компьютер, используемый в качестве персональной рабочей станции.
Персональный сервер - любой сервер, используемый неким человеком в качестве личного сервера.
Хакинтош (англ. hackintosh, хакер и макинтош) — ПК, собранный любителем и способный работать под управлением Mac OS X, во взломанном для запуска на «неяблочном» компьютере варианте называемой OSx86, то есть более дешёвый аналог компьютера от Apple.
Тихий ПК. Для использования в жилых комнатах используются конструкции ПК, производящие минимум шума или работающие совершенно бесшумно. Такие модели можно оставлять включенными постоянно, что даёт ряд преимуществ: отсутствует период загрузки, компьютер всегда готов к работе и может постоянно отслеживать новую почту или мгновенные сообщения для пользователя.
Промышленные ПК. Предназначены для решения задач промышленной автоматизации. Отличаются стойкостью к различным внешним воздействиям, увеличенным жизненным циклом изделия, возможностью подключения к промышленным сетям (PROFINET, Profibus).
Защищённые ПК. Ряд компаний производит компьютеры, обладающие устойчивостью к агрессивным средам: сильной вибрации, ударам, большой запыленности, влажности, вандализму — условиям, в которых обычные ПК быстро бы вышли из строя. Как правило, устойчивые ПК выпускаются в формате ноутбуков, более тяжёлых и больших по размерам, чем обычные.
Barebone — компьютеры, строящиеся пользователем для выполнения определенных задач (обычно в качестве мультимедийной станции). В продажу поступают в виде так называемых «скелетных» баз в составе корпуса, материнской платы и системы охлаждения. Как правило, «баребоны» имеют меньшую высоту корпуса и, как следствие, уменьшенный внутренний объём, а также усовершенствованную систему охлаждения, отличающуюся низкой шумностью.
мобильные (носимые)
• карманные ПК (PDA) - сверхпортативные ПК, умещающиеся в кармане. Управление ими, как правило, происходит с помощью небольшого по размерам и разрешению экрана, чувствительного к нажатию пальца или специальной палочки-указки — стилуса, а клавиатура и мышь отсутствуют. В таких устройствах используются сверхэкономичные процессоры и флеш-накопители небольшого объёма, поэтому их вычислительная мощь несопоставима с другими ПК. Тем не менее, они содержат все признаки персонального компьютера: процессор, накопитель, оперативную память, монитор, операционную систему, прикладное ПО и даже игры и ориентированность на индивидуальное использование.
• планшетные ПК - аналогичны ноутбукам, но содержат сенсорный экран и не содержат механической клавиатуры. Ввод текста и управление осуществляются через экранный интерфейс. Чаще всего корпус не раскрывается, как у ноутбуков, а экран расположен на внешней стороне верхней поверхности. По вычислительной мощи планшетные ПК уступают стационарным и ноутбукам, так как для длительной работы без внешнего источника питания приходится использовать энергосберегающие комплектующие, жертвуя их быстродействием.
• нетбуки (англ. netbook) — компактный ноутбук с относительно невысокой производительностью, предназначенный, в основном, для выхода в Интернет и работы с офисными приложениями. Обладает небольшой диагональю экрана, низким энергопотреблением, относительно невысокой стоимостью
• ноутбуки (англ. notebook — блокнот) — компактные компьютеры, содержащие все необходимые компоненты в одном небольшом корпусе, как правило, складывающемся в виде книжки (отсюда и название данного вида ПК). Для достижения малых размеров в них применяются специальные технологии: специально разработанные специализированные микросхемы (ASIC), ОЗУ и жёсткие диски уменьшенных габаритов, компактная клавиатура, часто не содержащая цифрового поля, внешние блоки питания, минимум интерфейсных гнезд для подключения внешних устройств. Как правило, содержат развитые средства подключения к проводным и беспроводным сетям, встроенное мультимедийное оборудование (динамики, часто, также, микрофон и веб-камеру). В последнее время вычислительная мощность и функциональность ноутбуков не сильно уступают стационарным ПК, а иногда и превосходит их. Очень компактные модели не оснащаются встроенным CD/DVD-дисководом
стационарные – первые персональные компьютеры не предназначались для переноски, т.е. были стационарными. Они состояли из отдельных конструктивно завершенных частей: системного блока, монитора и клавиатуры, соединенных интерфейсными кабелями с системным блоком - это пример раздельной схемы построения ПК. Главное достоинство раздельной схемы — сравнительно легкая масштабируемость. То есть в любой момент можно без особых затруднений заменить любой из компонентов ПК (например, монитор). Но в настоящее время также широкое распространение получили ПК-моноблоки, в которых системный блок, монитор и, нередко, другие устройства (клавиатура, звуковая подсистема, веб-камера, микрофон) конструктивно объединены в одно устройство.
• Моноблок - конструктивная схема стационарного ПК, в которой системный блок, монитор, микрофон, звуковые колонки, веб-камера конструктивно объединены в одно устройство — моноблок. Такой ПК эргономичнее (занимает минимум пространства) и более привлекателен с эстетической точки зрения. Также, такой ПК более транспортабелен, чем стационарные ПК, построенные по раздельной схеме. С другой стороны, такой ПК сложнее масштабировать и, в том числе, затруднена самостоятельная техническая модернизация и обслуживание.
• Desktop (Десктоп, «настольный компьютер») — стационарный компьютер, имеющий такой форм-фактор, что его удобнее располагать на столе дома или в офисе. Раньше системные блоки такого типа обычно были широкими и места на них было достаточно для размещения на нём ЭЛТ-монитора.
• Tower (системный блок типа tower («башня») — высокий и потому обычно располагается под столом (часто в специально предназначенных для этого нишах или отделениях компьютерных столов). Из-за уменьшения размеров и массы комплектующих также стало возможно уменьшение и размеров самих «башенных» системных блоков. В результате, сначала появились системные блоки mini tower, а потом и slim tower. Мini tower потом вышли из эксплуатации, уступив место системным блокам middle tower.
