Из чего состоит системный блок ПК?
Занятие 2.
Орг. момент
2. Тема занятия:
Аппаратное обеспечение персонального компьютера, применяемое в профессиональной деятельности
Теоретический материал:
Компьютер представляет собой совокупность аппаратного (технического) и программного обеспечения.
Аппаратное обеспечение – это все внутренние и внешние устройства компьютера (интегральные микросхемы, дисководы, монитор, мышь и др.).
Программное обеспечение – совокупность программ, необходимых для управления работой компьютера и выполнения с его помощью конкретных задач.
Конструктивно ПК состоит из основных блоков и дополнительных устройств (периферии).
Основные блоки - устройства, которые присутствуют во всех без исключения компьютерах:
1. системный блок;
2. монитор (дисплей);
3. клавиатура;
4. мышь.
Дополнительные устройства (периферия), наличие которых расширяет возможности компьютера, но не является обязательными для его работы, такие как принтер, модем, сканер, колонки, джойстик и т.д.
Упрощенная схема компьютера
Главный узел ПК – процессор. Он выполняет обработку информации. Программа и исходные данные задачи вводятся в компьютер извне через устройства ввода в оперативную память. Процессор решает задачу, а промежуточные и окончательные результаты вычислений запоминаются в оперативной памяти. Результаты выводятся через устройства вывода. Данные и программы перемещаются по шине.
|
|
|
Внутренние устройства размещены в системном блоке:
источник питания,
материнская (системная) плата с процессором и оперативной памятью,
платы расширения (видеокарта, звуковая карта, сетевая карта),
различные устройства внешней долговременной памяти (жесткий диск, дисководы для дисков) и др.
Внешние (периферийные) устройства подключаются снаружи к системному блоку. Внешними являются некоторые устройства для длительного хранения информации и, как правило, большинство устройств ввода-вывода информации: монитор, клавиатура, принтер, звуковые колонки, сканер и др.
Схема основных блоков компьютера
Внешние устройства подключаются к системному блоку через слоты расширения (разъѐмы внутри системного блока) или порты (на задней стенке системного блока).
Слоты (разъѐмы) служат для непосредственного подключения внешних устройств к системной шине компьютера. А к портам подключаются мышь, клавиатура, колонки, принтер и др. Порты строго индивидуальны для каждого устройства, что исключает ошибки при подключении. Портом управляет контроллер.
Порты бывают:
- параллельные (LPT),
- последовательные (COM)
- универсальные последовательные (USB).
|
|
|
По последовательному порту информация передается поразрядно (более медленно) по малому числу проводов. К последовательному порту подключаются мышь и модем.
По параллельному порту информация передается одновременно по большому числу проводов, соответствующему числу разрядов. К параллельному порту подключается принтер и выносной винчестер.
USB-порт используется для подключения широкого спектра периферийных устройств – от мыши до принтера. Также возможен обмен данными между компьютерами.
Контроллеры устройств ввода-вывода преобразовывают информацию из внутренней, понятной только процессору и оперативной памяти, во внешнюю, понятную пользователям ПК, т.е. они преобразуют информацию в понятный для человека вид (текстовую, графическую, числовую информацию и пр.).
Обратное преобразование информации из «человеческого» вида в компьютерный вид также выполняют контроллеры устройств ввода-вывода. В итоге получается следующая картина. Мы вводим информацию в компьютер, используя для этого различные устройства от клавиатуры и мыши до винчестеров, сканеров, устройств чтения информации из Интернета и др. Контроллеры устройств ввода-вывода преобразуют эту информацию в понятный для ПК вид и передают эту информацию в оперативную память. Оттуда она попадает в процессор, процессор эту информацию обрабатывает и записывает результаты снова в оперативную память. Из оперативной памяти данные вновь попадают в контроллеры устройств ввода-вывода, которые вновь преобразуют ее в удобочитаемый вид, которую мы можем прочитать, используя подключенные к ПК устройства вывода информации (мониторы, принтеры и др.).
|
|
|
Устройства ввода и вывода
Устройства ввода:
ü клавиатура;
ü мышь, джойстик, трекбол;
ü сканер (для автоматического считывания графики и текстов).
Устройства вывода:
ü монитор;
ü принтер;
ü графопостроитель;
ü колонки и др.
Сканер предназначен для перевода изображений с прозрачного или непрозрачного материала в цифровой вид и введения уже «оцифрованной» информации в компьютер. В сочетании со специальным программным обеспечением, например, программой Fine Reader, сканер обеспечит редактирование полученных изображений и распознавание текста (перевод из формата «картинка» в формат текста для последующего редактирования, например, в текстовом редакторе Word).
3D-сканер – устройство, анализирующее физический объект и на основе полученных данных создающее его 3D-модель.
|
|
|
3D-сканеры делятся на два типа по методу сканирования:
ü Контактный – основывается на непосредственном контакте сканера с исследуемым объектом.
ü Бесконтактный – в свою очередь можно разделить на две отдельные категории: Активные и Пассивные сканеры. Активные сканеры излучают на объект некоторые направленные волны (чаще всего свет, луч лазера) и обнаруживают его отражение для анализа. Возможные типы используемого излучения включают свет, ультразвук или рентгеновские лучи. Пассивные сканеры не излучают ничего на объект, а вместо этого полагаются на обнаружение отраженного окружающего излучения. Большинство сканеров такого типа обнаруживает видимый свет – легкодоступное окружающее излучение.
Полученные методом сканирования 3D-модели в дальнейшем могут быть обработаны средствами и, в дальнейшем, могут использоваться для разработки технологии изготовления и инженерных расчѐтов. Для вывода 3D-моделей могут использоваться такие средства, как 3D-монитор, 3D-принтер или фрезерный станок с поддержкой G-кода.
Монитор – основное устройство вывода информации. Мониторы бывают:
ü на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ),
ü жидкокристаллические (ЖК),
ü плазменные.
Основные потребительские параметры монитора:
– размер экрана по диагонали, измеряемый в дюймах (15, 17, 19, 21 дюйм).
– разрешающая способность – показывает, сколько минимальных размеров изображения (точек) может уместиться на экране по горизонтали и вертикали. Чем больше точек, тем качественнее картинка на экране.
– частота обновления – показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение, поэтому ее иногда называют частотой кадров. Чем выше частота обновления экрана, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомляются глаза. Частота обновления экрана телевизора 50 – 200 Гц, а у монитора компьютера минимальное – 85 Гц, комфортное – 100 Гц и более.
Принтер – устройство, предназначенное для печати информации на бумаге или прозрачном носителе. Принтеры делятся на цветные и чѐрно-белые.
По способу печати различают принтеры матричные, струйные и лазерные.
Плоттер – устройство, предназначенное для печати на бумаге большого формата.
Многофункциональные устройства (МФУ) – устройство, объединяющее в одном корпусе принтер, сканер и копир.
3D-принтер – устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твердого объекта. Технологии, применяемые для создания слоев:
ü Лазерная:
1. Лазерная стереолитография – ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.
2. Лазерное сплавление – при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.
3. Ламинирование – деталь создается из большого количества слоев рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.
ü Струйная:
1. Застывание материала при охлаждении – раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.
2. Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы – способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.
3. Склеивание или спекание порошкообразного материала – похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов.
4. Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3Dпечати крупных архитектурных моделей.
5. Биопринтеры – печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.
Применение технологии:
– Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
– Для быстрого производства – изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для малосерийного производства.
– Изготовление моделей и форм для литейного производства.
– Разработки, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии – выращивание полноценных органов.
– В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов. Используя 3D принтеры домашнего уровня, можно производить недорогие протезы простого и удобного дизайна по доступной цене.
– Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радиоэлектронное оборудование).
Колонки – призваны создать качественный стереофонический звук. Число колонок может быть от 2 (стандартная стереосистема) до 6 (5+1) для воспроизведения DVD-звука (DVD-звук на видео является пятиканальным плюс низкочастотный динамик сабвуфер – специальное устройство для воспроизведения низкочастотного диапазона).
Основным потребительским параметром являются частотные характеристики колонок. Учитывая, что ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц, то обычные недорогие колонки обеспечивают воспроизведение звука в диапазоне 40-18000 Гц. Меломанам подойдут колонки с воспроизведением средних и высоких частот от 100 до 20000 Гц + сабвуфер для низких частот от 20-200 Гц.
Еще один важный параметр – мощность колонок в ваттах. Для комфортного прослушивания достаточно мощности 15-20 Вт на колонку.
Принцип открытой архитектуры
Этот принцип заключается в том, что с помощью готовых блоков и плат можно легко изменять устройство и технические возможности своего компьютера. Для этого достаточно воспользоваться разъемами портов связи и в результате построить из готовых компонентов новую компьютерную систему с индивидуальными техническими параметрами.
Структура современных ПК
В персональных компьютерах, относящихся к компьютерам четвертого поколения, произошло изменение структуры (рис.1).
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Структура ПК.
Ядро ПК образуют процессор, основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), и видеопамять. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления.
Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и др. обеспечивается через соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств, или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПК играют роль каналов ввода-вывода.
В качестве особых устройств следует выделить таймер – устройство измерения времени, и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) – устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Организацию согласованной работы шин и устройств выполняют микросхемы системной логики, называемые чипсетом (Chipset). Процессор, оперативная память, контролеры внешних устройств (ВУ) внутри компьютера соединяются все вместе. Они находятся на одной общей информационной шине ПК, по которой информация может передаваться от любого подключенного к ней устройства к любому другому устройству. Таким образом, изначально все устройства внутри ПК постоянно соединены друг с другом. Только с помощью специальных технических и программных методов информация перемещается строго от одних устройств к другим.
Каждое устройство ПК всегда способно отличить информацию, предназначенную именно ему от остальных передаваемых по общей шине данных. Важно понимать, что все вышеперечисленные устройства (процессор, оперативная память, контроллеры внешних устройств ввода-вывода), подключенные к информационной шине, работают с одинаково высокой скоростью. Темп работы всех соединенных между собой устройств ПК задает тактовый генератор.
Из чего состоит системный блок ПК?
Внутри системного блока находятся устройства для обработки и хранения информации. В зависимости от конфигурации компьютера они могут быть различными, но большинство типичных системных блоков включает следующие устройства.
1. Блок питания. Вырабатывает стабилизированные напряжения для питания всех устройств, находящихся в системном блоке. От блока питания выходят многочисленные кабели, которые подключаются к системной плате, дисковым накопителям и другим устройствам.
2. Системная, или материнская, плата. Базовое устройство компьютера для установки процессора, оперативной памяти и плат расширения. К ней подключаются устройства ввода/вывода, дисковые накопители и др. Системная плата обеспечивает их взаимодействие, используя специальный набор микросхем системной логики, или чипсет Па системной плате также располагаются другие устройства, например микросхема BIOS, батарейка для питания часов и CMOS (память с автономным питанием), тактовый генератор.
3. Процессор. Является «сердцем» компьютера и служит для обработки информации по заданной программе.
4. Оперативная память. Используется для работы операционной системы, программ и для временного хранения текущих данных. Она выполнена в виде модулей, установленных на системную плату, и может хранить информацию только при включенном питании.
5. Видеоадаптер. Обычно выполняется в виде платы расширения и служит для формирования изображения, которое потом выводится на монитор. Современные видеоадаптеры содержат мощный видеопроцессор и большие объемы видеопамяти, что позволяет формировать трехмерное изображение с высоким разрешением. Для недорогих компьютеров выпускаются системные платы с интегрированным видеоадаптером, и его не нужно устанавливать дополнительно.
6. Жесткий диск. Основное устройство для хранения информации в компьютере.
7. Дисковод. Хотя дискеты уже морально устарели, но дисководы для их чтения еще присутствуют в большинстве компьютеров.
8. Привод для CD/DVD. CD/DVD широко используются для распространения информации, поэтому приводы есть почти в каждом компьютере.
9. Платы расширения. При необходимости в системный блок можно установить дополнительные устройства, выполненные в виде плат или карт расширения. Примерами таких устройств могут быть модемы, сетевые платы, ТВ-тюнеры и многие другие.
Материнская плата
Материнская плата это сложная многослойная печатная плата на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода) и слоты (разъемы) для подключения дополнительных плат.
Устройства, находящиеся на материнской плате:
ü процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
ü оперативная память – набор микросхем, предназначенный для временного хранения данных при включенном компьютере;
ü ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – микросхема, предназначенная для длительного хранения информации даже когда компьютер выключен. Дополнительные платы подключаются к слотам материнской платы в виде дочерних плат и выполняют операции, связанные с обработкой звука (звуковая карта), управлением изображения на экране (видеокарта), организацией связи компьютера в локальной компьютерной сети (сетевая карта).
ü Видеокарта – это устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъем для видеокарт на материнской плате, но бывает и интегрированной. Видеокарты имеют встроенный графический процессор (GP), который производит обработку информации, не нагружая центральный процессор компьютера.
Процессоры.
Многоядерные процессоры. Основные характеристики В компьютере главная составляющая аппаратной части – центральное процессорное устройство (ЦПУ). Основными его разработчиками считаются компании: Intel, AMD, IBM. Именно они делят рынок инновационных разработок в области совершенствования ПК. Процессор важнейший компонент компьютера. Он управляет работой компьютера и обрабатывает большую часть информации, выполняет математические и логические операции.
Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистры помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Каждая ячейка имеет свой уникальный адрес. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных для их последующего выполнения. В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см). Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.
Еще один параметр ЦП – максимально допустимая температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа (от 54,8 до 100 °C). Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. При температуре, превышающей максимально допустимую производителем, нет гарантии, что процессор будет функционировать нормально. В таких случаях возможны ошибки в работе программ или зависание компьютера.
Если брать сугубо специфические характеристики процессоров, то тактовая частота является наиболее известным параметром. Достаточно продолжительное время разработчики делали ставки именно на повышение тактовой частоты, но со временем, "мода" поменялась и большинство разработок уходят на создание более совершенной архитектуры, увеличения кэш-памяти и развития многоядерности.
Основные характеристики процессоров:
– Тактовая частота
– Количество ядер
– Объем кэш-памяти
1. Тактовая частота процессора – это наиболее известная характеристика процессоров – количество тактов, необходимое для выполнения определенного перечня операций в секунду. Она характеризует производительность процессора. Чем она выше, тем лучше будет работать ПК. Частота современных центральных процессоров колеблется от 1 до 4 ГГц. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий - тактов. В зависимости от сложности, команда может быть реализована за разное количество тактов. Например, пересылка информации из одного внутреннего регистра процессора в другой выполняется за несколько тактов, а для перемножения двух чисел требуется примерно на порядок больше. Существенное удлинение команды происходит, если обрабатываемые данные не находятся внутри процессора и их приходится считывать из памяти,
2. Количество ядер процессора Количество ядер последние несколько лет, является одной из наиболее важных характеристик. Уже давно прошла эра одноядерных процессоров, поэтому сейчас стоит выбирать многоядерные процессоры. Соответственно, количество ядер нужно подбирать, под конкретные задачи. К примеру, для простеньких задач в виде офисных приложений и серфинга в интернете, двухъядерного процессора хватит более чем полностью. А вот для таких задач как профессиональная работа с графикой, понадобится процессор с 4 или 8 ядрами – многое решает конкретная модель процессора и специфика задач.
3. Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти. Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это создает множество трудностей в производстве, а также ограничения в объемах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объемами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры. Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.
Эффективное применение вычислительной техники предполагает, что каждый вид вычислений требует использования компьютера с определенными характеристиками. Важнейшими из них служат быстродействие и производительность. Эти характеристики достаточно близки, но их не следует смешивать.
Быстродействие характеризуется числом определенного типа команд, выполняемых за одну секунду.
Производительность - это объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый в единицу времени.
Определение характеристик быстродействия и производительности представляет собой очень сложную инженерную и научную задачу, до настоящего времени не имеющую единых подходов и методов решения. Обычно вместо получения конкретных значений этих характеристик указывают результаты сравнения данных, полученных при испытаниях (тестированиях) различных образцов.
Память компьютера
Другой важнейшей характеристикой компьютера является емкость запоминающих устройств. Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти.
Оперативная память. Когда вы открываете программу или игру, ваш компьютер сохраняет некоторые требуемые данные в оперативной памяти для быстрого и легкого доступа. Есть несколько видов памяти в компьютере (например, жесткий диск – также является одним из типов памяти). Оперативная память, однако, превосходит другие по значимости, так как это первое место, куда направляются данные, когда запускается программа. Только после прохождения через оперативную память любые данные сохраняются на других запоминающих устройствах.
Оперативная память предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передает процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.
В современных вычислительных устройствах, оперативная память выполнена по технологии динамической памяти с произвольным доступом. Понятие памяти с произвольным доступом предполагает, что текущее обращение к памяти не учитывает порядок предыдущих операций и расположения данных в ней. Компьютеры имеют возможность непрерывно обрабатывать информацию в течение долгого периода времени, пока эта информация будет доступна в оперативной памяти. Если ее становится недостаточно для хранения информации, компьютер ищет место на альтернативном запоминающем устройстве, например, на жестком диске, преобразует часть места в оперативную память и продолжает работать. Однако, чем чаще так происходит, тем медленнее начинает работать компьютер. Следовательно, большая оперативная память означает более быструю обработку данных.
Итак, оперативная память компьютера – это память, в которой хранится временная информация, необходимая для корректной работы запущенных на данный момент процессов, программ и приложений. Память отличается большой скоростью доступа к ней. Практически все пользователи ПК стремятся увеличить объем оперативной памяти. Это естественно, поскольку, чем больше объем оперативной памяти, тем быстрее работают все запущенные в данный момент процессы.
Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!