Устройство системного блока

Введение...3 
1. Системный блок..3 
2. Материнская плата...4 
Процессор...5 
Чипсет...6 
Шины...6 
Оперативная память...8 
Микросхема ПЗУ, система BIOS...9 
3. Жесткий диск...10 
4. Дисковод гибких дисков...11 
5. Дисковод компакт-дисков CD-ROM...12 
6. Видеокарта (видеоадаптер)...13 
7. Звуковая карта...15 
Заключение...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 
Компьютеры принимают, перерабатывают, хранят, выдают информацию. Действиями компьютера управляет оператор. Длиные последовательности инструкций заранее фиксируются в программах. Вычислительные операции совершает центральный процессор. Согласно принципам работы ЭВМ, сформулированым в 1945 году американским математиком Джоном фон Нейманом, центральный процессор состоит из двух частей. Устройство управления воспринимает команды программ, организует их выполнение. Арифметико-логическое устройство выполняет вычисления. 
Современые компьютеры состоят из системного блока, монитора, клавиатуры, мыши, большого количества дополнительных устройств, подключаемых по необходимости пользователя. 
Но главным компонентом персонального компьютера был, остается системный блок. Моя работа посвящена описанию блоков, узлов системного блока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Системный блок 

Системный блок - это главная, наиболее сложная часть  компьютера. Он имеет вертикальный или настольный вид. На передней панели обычно расположены кнопки включения компьютера, перезагрузки (reset, а также дисководы для работы с дискетами или компакт-дисками. На задней панели расположены разъемы (порты) для подсоединения к системному блоку внешних устройств (монитора, принтера, внешнего модема, звуковых колонок, сканера, т.д.). 
Системный блок компьютера состоит из следующих частей: 
-материнской платы; 
-винчестера (жесткого диска) на котором хранится вся информация; 
-дисковода для работы с дискетами; 
-CD-ROM - устройство для работы с лазерными дискам; 
-блока питания. 
Кроме того, на задней панели системного блока расположены порты (разъемы), к которым присоединяются различные устройства, например, принтер, монитор, мышь, клавиатура, внешний модем, звуковые колонки, т.д. Порты имеют разный вид, но определяются они абсолютно однозначно. Так, кабель, соединяющий принтер, системный блок не может быть вставлен в порт звуковой платы или в порт клавиатуры. 
Известны два типа корпусов для системных блоков - "настольные", корпуса типа "башня". Общим для "настольных" корпусов(desktop, footprint, slimline) является горизонтальное расположение материнской платы. 
Корпуса "башенного" типа (mini-tower, midi tower, bigtower) характеризуются вертикальным расположением системной платы. Выбор того или иного типа корпуса определяется вкусом, потребностями модернизации компьютера. Наиболее оптимальным типом корпуса для большинства пользователей является корпус типа "мини-башня". Он имеет небольшие габариты, его удобно располагать как на рабочем столе, так, на тумбочке вблизи рабочего стола, так, на специальном держателе рабочего стола. Он имеет достаточно места для размещения от пяти до семи плат расширения.

 

 

2. Материнская плата 

Материнская плата - основная плата персонального  компьютера. На ней размещаются: 
процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических, логических операций; 
микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутрених устройств компьютера; 
шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутреними устройствами компьютера; 
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначеных для временого хранения даных во время рабоы компьютера; 
постояное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначеная для длительного хранения даных, в том числе, когда компьютер выключен; 
слоты - разъемы для подключения дополнительных устройств.ъ 
Рассмотрим подробнее основные из них.

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессор 
Важнейший компонент любого персонального компьютера – это его микропроцессор. Именно он выполняет всю обработку информации в компьютере. Микропроцессор представляет из себя сверхбольшую интегральную схему. Отметим, что степень интеграции определяется размером кристалла, количеством реализованных в нем транзисторов. Часто интегральные микросхемы называют также чипами (от англ. слова chip). Базовыми элементами микропроцессора являются транзисторные переключатели, на основе которых строятся, например, регистры, которые представляют собой совокупность устройств, имеющих два устойчивых состояния, предназначенных для хранения информации, быстрого доступа к ней. Количество, разрядность регистров во многом определяют архитектуру микропроцессора. 
Выполняемые микропроцессором команды предусматривают, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную, безусловную), перемещение данных (между регистрами, оперативной памятью, портами ввода-вывода). С внешними устройствами микропроцессор может общаться благодаря своим шинам адреса, данных, управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы. Разрядность внутренних регистров микропроцессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных; например, микропроцессор с 32-разрядными регистрами может иметь только 16 внешних линий даных. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени n, где n - количество адресных линий.

 

 

 

 

 

 

Чипсет 
Системный набор (Chipset, Чипсет) – набор системных микросхем, обеспечивающих работу процессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью, другими компонентами персонального компьютера. 
Современные системные наборы (начиная с Intel 440LX) состоят из двух базовых микросхем – Северный мост (North Bridge), Южный мост (South Bridge). Северный мост обеспечивает управление шиной оперативной памяти, шиной AGP, шиной PCI, осуществляет взаимодействие с системной шиной процессора FSB. Южный мост осуществляет управление интерфейсами IDE, USB, IEEE1294, ACPI, имеет в своем составе мост ISA-PCI, контролеры клавиатуры, мыши, FDD.

Шины 
Это каналы связи, применяемые для организации взаимодействия между устройствами компьютера. 
Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность, скорость передачи данных. 
Тактовая частота. Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Эта частота колебания, называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через определенные интервалы, которые называются тактами. Наименьшей единицей измерения времени для большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций за один такт). Тактовая частота измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание в секунду. Теоретически, если системная шина компьютера работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. Существуют так называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти, процессора (СPU), тактовая частота которого значительно выше тактовой частоты ОЗУ. 
Разрядность. Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят, что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам одновременно. Шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации. 
Скорость передачи данных. Он высчитывается по формуле: 
тактовая частота * разрядность = скорость передачи данных 
Сделаем расчет скорости передачи данных для 64 разрядной системной шины, работающей на тактовой частоте в 100 МГц. 
100 * 64 = 6400 Мбит/сек 
6400 / 8 = 800 Мбайт/сек 
Но полученное число не является реальным. В жизни на шины влияет куча всевозможных факторов: неэффективная проводимость материалов, помехи, недостатки конструкции, сборки а также многое другое. По некоторым данным, разность между теоретической скоростью передачи данных, практической может составлять до 25%. 
За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контролеры. Они входят в состав набора системной логики (Чипсет). 
 

Оперативная память

Оперативная память выполнена обычно на микросхемах  динамического типа с произвольной выборкой (Dynamic Random Access Memory, DRAM). Каждый бит такой памяти представляется в виде наличия (или отсутствия) заряда на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла. Другой, более дорогой, тип памяти – статический (Static RAM, SRAM) – в качестве элементарной ячейки использует так называемый статический триггер. Статический тип памяти обладает более высоким быстродействием, используется, например, для организации кэш-памяти. 
Ячейки памяти динамического типа конфигурируются обычно в матрицу строк, столбцов, причем процесс считывания организуется таким образом, что содержимое целой строки переносится в некий буфер. После считывания соответствующего бита содержимое буфера перезаписывается в ту же строку ячеек динамической памяти, то есть производится перезаряд тех конденсаторов, которые до считывания были в заряженном состоянии. Время хранения заряда конденсатором из-за паразитных утечек ограничено. Чтобы не потерять имеющиеся даные, необходимо периодическое восстановление записанной информации, которое, выполняется в циклах регенерации (refresh cycle). Операции разрядки-перезарядки занимают определенное время, которое снижает скорость работы динамической памяти. Это является, пожалуй, одним из основных недостатков динамической памяти, так как по критерию, учитывающему информационную емкость, стоимость, энергопотребление, данный тип памяти во многих случаях предпочтительнее статической. 
В настоящее время можно выделить два основных схемотехнических решения, используемых для увеличения быстродействия динамической памяти. Одно из них основано на синхронной работе памяти, процессора. Другое решение предполагает включение в структуру динамической памяти определенного количества быстрой статической памяти, которая в данном случае работает примерно как встроенный кэш. В ближайшее время следует ожидать массового использования в персональных компьютерах так называемой EDO (Extended Data Out) DRAM, которая обеспечивает более высокую скорость передачи за счет исключения циклов ожидания в фазе готовности данных.

 

 

Микросхема ПЗУ, система BIOS 
BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода) – программный код, необходимый для управления дисками, видеокартой, клавиатурой, портами, другими компонентами компьютера. Данное аппаратно встроенное программное обеспечение размещается в микросхеме ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, или ROM – Read Only Memory), установленной на материнской плате компьютера. В силу этого BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких как, например, загрузочные диски. 
Каждая материнская плата оснащена микросхемой BIOS, которых существует четыре типа: 
1. ROM (Read Only Memory) или ПЗУ; 
2. PROM (Programmable ROM) или ППЗУ (Программируемое ПЗУ); 
3. EPROM (Erasable PROM) или СППЗУ (Стираемое ППЗУ); 
4. EEPROM (Electrically EPROM) или ЭСППЗУ (Электронно – Стираемое ППЗУ), второе название – flash ROM. 
В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, система BIOS в которых может перезаписываться при помощи специальной программы, что облегчает модернизацию кода BIOS при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти). 
В настоящее время наиболее популярны Award BIOS, AMI BIOS.

 

3. Жесткий диск

В 1973 году на фирме IBM по новой технологии был  разработан первый жесткий диск, который  мог хранить до 16 Кбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была разбита  на 30 секторов, то ему присвоили название – 30/30. По аналогии с автоматическими  винтовками, имеющими калибр 30/30, такие  жесткие диски получили прозвище „винчестер". Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией, дисками первоначально были заключены  в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке этого модуля на сам дисковод он автоматически соединялся с системой, подающей очищенный воздух. В современных винчестерах пакет дисков уже постоянно крепится на дисководе, а система принудительной вентиляции отсутствует. Толщина воздушной подушки, создаваемой аэродинамикой вращающегося диска, формой головки, гораздо тоньше человеческого волоса. Кстати, поверхности дисков имеют значительно более тонкое оксидное покрытие, чем в предыдущих конструкциях. 
Винчестер содержит один или несколько дисков (platters). Это носитель, который смонтирован на оси-шпинделе, приводимой в движение специальным двигателем. Скорость вращения двигателя для обычных моделей может составлять 3600,4500, 5400 или 7200 об/мин. Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые нанесен специальный магнитный слой. Для покрытий обычно используется технология напыления магнитного слоя. 
Наиболее важной частью любого накопителя являются головки чтения-записи (read-write head). Как правило, они находятся на специальном позиционере (head actuator). Для перемещения позиционера используются преимуществено линейные (типа voice coil, или „звуковая катушка") двигатели. В винчестерах применяются несколько типов головок: монолитные, композитные, тонкопленочные, магнитно-резистивные (magneto-resitance, MR). Одними из самых перспективных в настоящее время считаются магнитно-резистивные. Такая головка представляет из себя сборку из двух: тонкопленочной для записи, магнитно-резистивной для чтения. Подобные головки позволяют почти на 50% увеличить плотность записи на носителе. Внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами, которые необходимы для нормального функционирования устройства привода. Эта электроника расшифровывает команды контролера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи, усиливает их от головок чтения, т.п.

 

4. Дисковод компакт-дисков CD-ROM 
Технология CD-ROM имеет широкое применение в мире PC, особено для распространения программного обеспечения, а также в сфере мультимедиа, например, графики, фотографии, звука, движущихся изображений. В этих областях альтернативы этой технологии пока нет. 
Диск CD-ROM толщиной 1.2 мм, диаметром 120 мм (4.7 дюйма) имеет центральное шпиндельное отверстие диаметром 15 мм. Данные записываются на диск путем выжигания участков поверхности сфокусированным лучом лазера. Глубина каждого углубления составляет 0.12 мкм, а диаметр – около 0.6 мкм. Расстояние между дорожками составляет 1.6 км, что соответствует плотности 1600 дорожек на дюйм. Для сравнения отметим, что плотность дорожек гибкого диска составляет всего 96 дорожек на дюйм. Данные на CD-ROM начинаются с самых коротких дорожек (ближайших к центру), записываются к внешнему краю. 
Перед записью на оптический диск данные дополняются информацией для исправления ошибок. Совместно с “интеллектуальными” электронными схемами код с исправлением ошибок позволяет восстановить правильные данные при повреждении поверхности диска. 
Данные записываются отдельными секторами. Каждый сектор содержит 2048 байтов данных, обрамленных информацией для исправления ошибок: 16 байтов в начале каждого сектора, еще 288 байтов кода ошибки. Кроме того, во многих системах весь сектор записывается с использованием кода Рида-Соломона (цилиндрический избыточный контроль или Cyclic Redundancy Check – CRC). Этот код перед записью на диск превращает зашифрованный блок данных в 24 байта информации, добавляет еще восемь байтов для исправления ошибок. 
Благодаря исправлению ошибок, физической надежности CD-ROM данные хранятся без потерь. Например, процесс получения мастер-диска считается точным до одного бита в каждом квадриллионе (1015) битов. В то же время благодаря коду исправления ошибок электроника в считывателе CD-ROM может не обнаружить неправильный бит только один раз в двух квадриллионах дисков – дисков, а не битов. 
При выборе считывателя CD-ROM для PC можно остановиться на самом дешевом устройстве. Оно считывает данные в стандартных форматах PC, но оказывается слишком медленным для всех операций, кроме поиска текста, распределения программного обеспечения. При выборе накопителя CD-ROM необходимо учитывать определенные спецификации: 
·среднее время доступа 300 мс или лучше; 
·скорость передачи данных 300 Кбайт/с или выше; 
·стандарт CD-ROM XA (расширенная архитектура); 
·прямой звуковой выход. 
В стандарте XA звук, изображения хранятся в чередующемся формате (данные, звук, данные, звук т.д.), поэтому при считывании движущихся изображений головка остается в той же позиции, поочередно считывая изображения, звук. Программа сортирует данные, направляет информацию в нужные компоненты PC, а совместное хранение на диске звука, изображения обеспечивает высокое быстродействие. 
Конечно, идею применения этого способа подсказали звуковые диски, стерео информация для левой, правой колонок хранится так же. Головка считывания перемещается по диску, собирая вначале небольшой объем данных для левого канала, затем для правого, а электронные схемы последовательно направляют их в соответствующие усилитель, динамик. Высокая скорость доступа к данным в CD-ROM обеспечивает эффект стереозвука.