Внутреннее устройство ПК

Внутреннее  устройство ПК (Корпуса, органы управления, системные платы, BIOS, шины и интерфейсы, установка дополнительных услуг).

    Персональный  компьютер (ПК) представляет собой универсальную микропроцессорную систему.  Основной микросхемой компьютера, в которой происходят все вычисления, является процессор. Конструктивно процессор состоит из ячеек, в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Во время выполнения программы процессор постоянно обращается к оперативной памяти. Для передачи информации процессор и оперативная память соединяются между собой пучком (жгутом) проводов. Контроль над правильностью передачи информации по проводам обеспечивают специальные электронные схемы. Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной. Иногда, когда хотят подчеркнуть, что речь идет об отдельной части магистрали, по которой передаются адреса байтов оперативной памяти, говорят «адресная шина». А когда говорят о части шины , отвечающей за передачу содержимого этих байтов, применяют название «шина данных». Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды, за это отвечает «шина команд». Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически, все устройства компьютера – диски, клавиатура, дисплей и т.д. – так или иначе принимают и передают данные через шину. Для этого в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройства компьютера. Стандартный разъем шины иногда называют портом. /1/

    Наиболее  важные элементы компьютера: центральный  процессор, модули памяти и множество  микросхем, без которых он не мог  работать, - размещаются на материнской  плате. Это основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. Одновременно материнская плата  служит еще и механической основой  всей электронной схемы компьютера и несет на себе еще одну важную нагрузку – разъемы для установки  дополнительных плат расширения. Ранее, основным параметром, определяющим свойства компьютера, была производительность его процессора. Сегодня для большинства  бытовых систем это уже не так. Можно сказать, что ныне основным параметром является марка чипсета  материнской платы. Чипсет – это  микропроцессорный комплект. Чипсеты  состоят из двух микросхем, одна из которых называется южным мостом, а другая, соответственно, северным. От чипсета материнской платы  прежде всего завися частоты, на которых  она может работать. От него зависит  и возможный объем оперативной  памяти, и количество дополнительных устройств, которые можно подключить к материнской плате.

    BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода) – это одна из важнейших микросхем материнской платы.  В ней записаны первичные программы, с которых начинается работа компьютера. Как только на процессор поступает питание, он обращается в эту микросхему на своей самой первичной программой и далее уже не прекращает свою работу, пока питание не будет выключено.  Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера сразу после включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняют проверку дисководов и позволяют выполнить некоторые настройки чипсета материнской платы и даже самого процессора. Микросхему BIOS легко найти. За исключением процессора это единственная микросхем, которая не впаяна в компьютер, а установлена на специальной колодке.

    Шины  материнской платы. С прочими  устройствами процессор компьютера связан группами проводников, которые  называются шинами. По функциям различают три основные шины: шину команд, шину данных и адресную шину. Адресная шина служит для выбора как команд, так и данных на оперативной памяти. можно считать, что она является управляющей для двух прочих шин.

    Главная шина, FSB. Все шины, связывающие процессор с оперативной памятью, можно рассматривать как одну главную шину. Она называется шиной FSB (Front Side Bus).

    Шина ISA (Industry Standard Architecture). Это такой стандарт, который позволил «врезать» в главную шину разъемы для подключения дополнительных устройств и работать с ними, как с внутренними.

    Локальная шина. Шина ISA отработала свое на компьютерах второго и третьего поколения, а на компьютерах четвертого поколения стала сдерживающим фактором. Процессору требовались все более высокие частоты для обращения с памятью, и их соединяли специальной шиной, получившей название локальной.

    Шина  VLB. К концу 80-х гг. резко возросли требования к компьютерной графике. Решение искали недолго. Вновь врезали в шину, связывающую процессор с памятью, специальный разъем, к которому можно было подключить видеокарту. Так в компьютерах четвертого поколения появилась новая шина – VLB (VESA Local Bus).

    Шина  PSI. Видеокарта – далеко не единственное устройство, требующее высокой скорости обмена данными: есть еще дисководы, сканеры, звуковая карта и многие другие. Шина PSI (Peripheral Component Interconnect) стала новой локальной шиной в компьютерах нового поколения. Важным достоинством этой шины стала возможность создания самоустанавливающихся устройств (plug-and-play). Суть этого принципа состоит в том, что после физического подключения дочерней платы к материнской плате происходит автоматическое определение подключенного устройства и выделение ему таких ресурсов, чтобы оно не конфликтовало с другими, ранее установленными устройствами.

    Интерфейс AGP. В конце 90-х гг. шина PCI стала сдерживать развитие компьютерной графики. Так появился новый интерфейс – AGP (Accelerated Graphics Port). СтандартAGP предусматривает несколько режимов производительности. Какой именно из этих режимов можно использовать, зависит от чипсета материнской платы и конкретной видеокарты. Связь между шиной и основной материнской платы обеспечивает северный мост чипсета. Существуют также материнские платы, у которых в северный мост интегрирован целый видеопроцессор, обеспечивающий все функции видеокарты.

    Интерфейс USB. Большинство современных материнских плат имеют так называемую универсальную последовательную шину USB (Universal Serial Bus), разъем которого выводится на заднюю стенку системного блока. У современных компьютеров для удобства подключения разъемы USB нередко выводят на переднюю панель. С помощью шины USB сегодня подключают клавиатуры, мыши, модемы, сканеры, принтеры. Работа с устройствами USB – это тоже одна из функций чипсета материнской платы. Ее выполняет южный мост. /2/

    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 (SRAM). Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный вид памяти. недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, т.е. запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере храниться не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и соответственно, дороже. Микросхемы динамической память используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти использую в качестве вспомогательной памяти (так называемой, кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора. Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и скорость передачи данных.

    Жесткий диск. Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших  объемов данных и программ. На самом  деле это не один диск, а группа 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 группе. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от технологии их изготовления. Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа.

    Дисковод  гибких дисков. Информация на жестком  диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель-дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрелкой на его пластиковом кожухе. Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость. Гибкие диски считаются мало надежными носителями информации. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо.

    Дисковод  компакт-дисков CD-ROM. 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 650 Мбайт данных. Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа. /3/

    Системный блок. Все рассмотренные выше устройства персонального компьютера, а также  устройства электропитания и встроенный динамик объединяют в себе общий  корпус, который называется  системным  блоком. Существую различные по размерам и по исполнению корпуса: вертикальные (tower) и горизонтальные, настольные (desktop). На лицевой панели системного блока размещаются: кнопка включения электропитания (Power - мощность), кнопка перезагрузки (Reset - перезагрузка), ряд сигнальных лампочек и панели управления различных дисковых устройств. На задней панели находятся стандартные разъемы – порты для крепления всевозможных дополнительных устройств и устройства ввода-вывода. Все внутреннее устройство системного блока также основано на креплении различных стандартных плат к стандартным стойкам и разъемам. /4/ 

    Литература 

1. Савицкий  Н.И. Экономическая информатика: учеб. пособие / Н.И. Савицкий. – М.: Экономистъ, 2005. – 429 с.
2. Симонович С.В. Вы купили компьютер. Полное руководство для начинающих в вопросах и ответах / С.В. Симонович, Г.А. Евсеев, В.И. Мураховский. – М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2005. – 544 с.
3. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2005. – 640 с.
4. Степанов А.Н. Информатика: Учебник для вузов. 5-е изд. / А.Н. Степанов. – СПб.: Питер,2007. – 765 с.