Состав, назначение и характеристики основных элементов персонального компьютера

2.3.1. Основные компоненты компьютера.

Персональный компьютер (ПК) в минимальной конфигурации имеет в составе четыре основных части: монитор, клавиатуру, мышь и системный блок.

 Монитор ПК является устройством визуального отображения процессов работы ПК аналогично телевизионному приемнику. Клавиа­тура предназначена для ввода в ПК числовой,  текстовой информации и команд, а на мониторе отображается процесс работы компьютера в графической и (или) тексто­вой формах. Мышь – ручной манипулятор, предназначенный для указания различных графических объектов на экране монитора и выбора на нем  команд управления информационными процессами компьютера.

 Центральная часть персонального компьютера – это систем­ный блок, поскольку в нем располагаются его основные компоненты по  обработке информации. К сис­темному блоку можно подключить множество различных внешних устройства для ввода/вывода информации, таких, как:

  • принтер  для вывода на печать текстовой и графической информации;
  • сканер – устройство для ввода (сканирования) изображений с бумаги или слайдов в дискретной форме;
  • факс-модем – для подключения компьютера к телефонной линии для выхода к           локальным или глобальным компью­терным сетям (с помощью факс-модема можно передать любую информацию на другой компьютер, также имеющий в своем составе факс-модем и расположенный в тысячах километров от передающего, или передать факсимильное сообщение на обычный факс-аппарат);
  • звуковые колонки для воспроизведения звукового сопровождения или эффектов (при наличии звуковой карты);
  • видеокамеру для ввода в компьютер видеоизображений (при наличии специальной карты);
  • TVтюнер или УКВ-тюнер для приема теле- или радиопередач;
  • джойстик – манипулятор в виде ручки с кнопками, для управления объектами в мультимедийных приложениях;
  • широкую гамму различного типа внешних накопителей данных для сохранения информации;
  • графопостроитель (плоттер) для вывода чертежей на бумагу;
  • дигитайзер (графический планшет) для цифрового ввода в компьютер различных контурных изображений (чертежей, географических карт и т.п.) по точкам и для оцифровки про­извольных рисунков;
  • другие устройства, использующиеся в программах виртуальных игр, например, шлем вир­туальной реальности, руль, педали и т.п.

Многие внешние устройства подключаются к компьютеру через его типовые разъемы, для других уст­ройств необходимы дополнительные электронные платы (контроллеры), сопрягающие работу устройства с ПК.. Контроллер монитора, например, называют видеоадаптером или видеокартой.

Обзор системного блока и его функций  следует начать с его корпуса.

2.3.2.      Корпус системного блока компьютера.

В корпусе системного блока, центрального в компьютере, располагаются все его важнейшие компоненты:

  • материнская (системная) плата, на которой устанавливаются и подключаются все остальные платы и мик­росхемы (микропроцессор, оперативная память, контролеры различных устройств и т. д.);
  • накопитель на жестком магнитном диске (винчестер).
  •  дисководы для чтения и записи гибких магнитных дисков, магнитооптических               дисков, компакт-дисков и дисков DVD;
  •  блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряже­ния для питания компонентов компьютера;
  • индикаторы и выключатели .

На лицевой части корпуса обычно располагаются дисководы для чтения дискет и компакт-дисков, световые индикаторы, кнопки для включения и перезапуска компьютера. На задней стороне корпуса находятся разъемы для подключения монитора, клавиатуры, мыши и других внешних устройств.

  • Корпус системного блока может располагаться на столе горизонтально – Desktop ([Де­сктоп] – настольный) или- Slim ([Слим] – худой), а мо­жет стоять вертикально в виде башни-Tower ([Тауэр ]- башня) . Корпус в виде башни занимает меньше места на рабочем столе, его можно выполнить большей высоты и разместить в нем большее количество устройств. По физическим размерам корпус-башня системного блока может быть типа Minitower [Минитауэр] – Мини-башня, Middletower [Мидлтауэр] – Средняя башня и Bigtowor [Биггауэр] – Большая башня. Корпус типа Slim используется в компьютерах, имеющих минимальный набор компо­нентов, например, в рабочих станциях локальной сети. В корпусе Slim можно установить материнскую плату только определенного размера. установить материнские платы АТХ, Baby-AT или полноразмерную плату AT.

Металлический корпус не только защищает расположенные в нем компоненты персо­нального компьютера, но и является полноправным функциональным элементом, слу­жащим основой для последующего расширения и обновления (апгрэйда) системы, а также поддержания температурных режимов внутренних блоков с помощью вентиляторов (кулеров).

Блок питания  встроен в корпус нераздельно. Основная задача блока питания – преобразование напряжения сети 220-240 В в напряжение питания конструктивных элементов компьютера ±12 и ±5 В. Современные импульсные блоки питания весят намного меньше, чем трансформаторные. С введением напряжения +3,3  В  стандарт АТХ возник другой набор управляю­щих сигналов, отличающийся от формируемых обычными стандартными системами. В корпусах не АТХ– стандарта вентиляторы располагаются на тыльной стенке корпуса блока питания, и воздух вдувается снаружи. Преимуществом такого расположения вентилятора является уменьшение загрязнения внутренних узлов персонального компьютера, поскольку в кор­пусе создается избыточное давление, и воздух выходит через щели в корпусе..

2.3.3.      Интерфейсы

Компоненты системного блока персонального компьютера соединяются между собой через стан­дартные интерфейсы. Дадим краткую харак­теристику некоторых, наиболее распространенных сегодня интерфейсов.

PCI (Peripheral Component Interconnect – Соединение внешних компонентов). Поддерживает тактовую частоту до 33 МГц, имеет максимальную пропускную способность до 132 Мбайт/с  на частоте 33 МГц для 32-разрядной шины (264 Мбайт/с для 32-разрядных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных на частоте 66 МГц). Интерфейс PCI обеспечивает поддержку режимов Bus Mastering и автоматической кон­фигурации компонентов при установке (PlugandPlay). В настоящее время интерфейс PCI является самым распространенным интерфейсом для подключения к материнской плате различных компонентов – звуковых карт, контролле­ров SCSI, видеоплат и других устройств.

CSA (Communication Streaming Architecture) – обеспечивает более высокую, по сравне­нию с шиной PCI, пропускную способность в 2 Гбит/с. Поскольку шина PCI не может обеспечить скорость передачи данных выше 1 Гбит/с, компания Intel ввела новую шину CSA с удвоенной, по сравнению с PCI, пропускной способностью.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – Стандарт между­народной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Интерфейс PCMCIA служит для подключения внешних устройств к мобильным компью­терам класса Notebook. Поддерживает автоматическую конфигурацию PlugandPlay, подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера («горячее» под­ключение). Конструктивно представляет собой миниатюрный 68-контактный разъем.

USB (Universal Serial Bus – Универсальная последовательная шина). К одному USB-каналу можно цепочкой подключить до 127 внешних устройств. На современных материнских платах обычно имеется по два канала USB на контроллер. Обмен данными по шине USB проходит в пакетном режиме при максимальной пропускной способности до 12 Мбит/с.

Интерфейс USB 2 является логическим развитием шины USB. Интерфейс USB 2 полно­стью совместим с USB, т.е. любое устройство USB будет работать и для USB 2. Макси­мальная пропускная способность шины USB 2 составляет 480 Мбит/с. 

AMR (Audio Modem Riser – Расширение для звука и модема) – интерфейс с 48-контактным разъемом для подключения дочерних плат, объединяющих функции связи и обработки звука (модем, факс, телефония).

Socket 423 – разъем с 423 контактами. Предназначен для установки процессоров Pen­tium 4 фирмы Intel.

Socket 478 – разъем с 478 контактами. Предназначен для установки более поздних про­цессоров Pentium 4 фирмы Intel.

Socket 754 – разъем для установки 64-разрядных процессоров Athlon 64 от AMD.

Socket 940 – разъем для установки 64-разрядных процессоров семейства Athlon 64 и Opieron от AMD.

Slot M разъем для установки 64-разрядных процессоров фирмы Intel. Socket A (Socket 462) – разъем для процессоров Athlon и Duron фирмы AMD. Разъем обладает 462 контактами.

Slot A – разъем для процессоров Athlon фирмы AMD.

2.3.4.      Материнская плата и порты Ввода/Вывода

Главная часть системного блока – материнская плата, на которой располагаются процессор, микросхемы и другие электронные платы, организующие работу персонального компьютера

2.3.4.1.                      Основные компоненты материнской платы

На материнской плате размещаются следующие компоненты:

  • Процессор, установленный в специальный разъем. Для охлаждения процессора на него обычно устанавливается кулер (радиатор с вентилятором);
  • Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней кэш-памяти). Во многих процес­сорах, например, Pentium III корпорации Intel, эти микросхемы устанавливаются на плате картриджа самого процессора;
  • Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. В настоящее  время используются разъемы с 72 контактами для модулей SIMM и с 168 контактами – для модулей DIMM. В некоторых материнских платах применяются разъемы для модулей RIMM.Количество и тип разъемов на разных материнских платах может быть различным;
  • Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Как правило, на старых материн­ских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. Современные модели материнских плат оборудованы слотом AGP, а разъемов ISA на них уже нет;
  • Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся програм­мы базовой системы ввода/ввода (BIOS), начальной проверки компьютера, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки          (CMOS  Setup) и т.п.;
  • Разъемы для подключения жестких и гибких дисков, устройств для чтения и записи дисков CD и DVD, последовательные порты СОМ для подключения таких  устройств, как мышь, модем и др., параллельные порты LPT для подключения принтера, сканера ,некоторых типов накопителей со съемными дисками и др., а также порты USB;
  • Системный набор микросхем (Chipset – [чипсет]) для управления обменом данными между всеми компонентами персонального компьютера. Две основные микросхемы чипсета называются «северным мостом» и «южным мостом»;
  • Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и системных часов.

Дополнительно на некоторых материнских платах могут быть установлены микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д. Как правило, подобные материнские платы выполнены в форм-факторе LPX или miniLPX. Интеграция перечисленных устройств на материнской плате помогает экономить место в корпусе персонального компьютера и позволяет подключать другие устройства в освободившиеся слоты расширения.

Все компоненты материнской платы связаны друг с другом посредством шин – проводников, по которым обмениваются информацией компоненты и устройства персонального ком­пьютера. Шина (Bus) отличается от простого проводника тем, что имеет три типа  линий из параллельных проводов, по числу которых определяется разрядность этих линий:

  • линии данных (шина данных);
  • линии адреса (шина адреса);
  • линии управления (шина управления).

Кроме этого, каждая шина имеет контроллер. Контроллер шины осуществляет управле­ние процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо интегрируется в микросхемы чипсета.

По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором  и уста­новленными в слоты памятью и картами расширения. Особую роль при этом играет так называемый режим DMA (Direct Memory Access – Прямой доступ к памяти). Управление обменом данными в этом режиме осуществляется DMA-контроллером, минуя централь­ный процессор. DMA-контроллер обычно интегрируется в одну из микросхем чипсета.

Чем выше разрядность шины данных, тем больше данных может быть передано за опре­деленный промежуток времени и тем выше производительность персонального компью­тера. Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную системную шину данных, с процессором 80386 и 80486 – 32-разрядную, а компьютеры с процессорами семейства Pentium имеют уже 64-разрядную системную шину данных.

 Максимальный объем адресуемой оперативной памяти зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и равен 2n, где n – число линий шины адреса. Компьютеры с процессором 8088 имели 20 адресных линий в систем­ной шине данных и могли адресовать память объемом лишь 1 Мб (220 = 1048 576 байт), с процессором 8028624 адресные линии, а компьютеры с процессором 80486 и выше имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гб памяти.

Для того, чтобы данные были записаны/считаны в регистры устройств, подключенных к шине, необходим ряд служебных сигналов, которые переда­ются по шине управления.

Шина управления предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

В персональном компьютере имеются следующие типы шин, различающиеся по своему функциональному назначению:

  • системная шина (или шина центрального процессора). Часто системную шину            назы­вают английской аббревиатурой FSB (Front Side Bus – шина переднего плана);
  • шина AGP для подключения видеоадаптера;
  • шина кэш-памяти, предназначенная для обмена информацией между централь-              ным процессором и кэш-памятью;
  • шина памяти, используемая для обмена информацией между оперативной памя-             тью и центральным процессором;
  • шины ввода/вывода (интерфейсные шины – PCI, IEEE 1394, USB).

Электрические цепи материнской платы, связывающие центральный процессор с опера­тивной и кэш-памятью, образуют системную шину компьютера. Обмен информацией по системной шине осуществляется под контролем одной из микросхем, входящих в Чипсет, которую называют «северным мостом». Системная шина является самой быстродейст­вующей. Для оценки быстродействия системной шины используется характеристика, называемая пропускной способностью. Пропускная способность шины измеряется в максимально возможном объеме информации, которую можно передать по шине за еди­ницу времени. (Мбайт/сек.). Пропускная способность шины определяется разрядностью ее линии данных и тактовой частотой, которая у современных материнских плат состав­ляет 100 МГц и выше.

Как уже отмечалось ранее, системная шина работает под управлением контроллера, ин­тегрированного в одну из микросхем чипсета («северный мост»). Этот кон­троллер в свою очередь образует обычно две интерфейсные шины: PCI (Peripheral Component Inter­connect – Шина соединения периферийных компонентов) и AGP (Accelerated Graphics Port – Ускоренный графический порт). Шина PCI предназна­чена для связи центрального процессора с наиболее быстродействующими устройст­вами компьютера, такими, как сетевые платы, дополнительные видеоадаптеры и т.д. Шина AGP была разработана спе­циально для ввода и вывода графической информа­ции непосредственно в оперативную память. Шина AGP обладает большей пропуск­ной способностью по сравнению с PCI.

К шине PCI подключен контроллер (вторая микросхема из чипсета – «южный мост»), который образует  другие интерфейсные шины и управляет ими: ISA (на ста­рых материн­ских платах), USB (Universal Serial Bus – Универсальная последователь­ная шина) и           IЕЕE 1394 (Insti­tute of Electrical and Electronic Engineers 1394 – Стандарт института инженеров по электротех­нике и электронике № 1394), которая также носит название FireWireогненный провод»).Контроллер жесткого диска подключается к контроллеру «южного моста». Контрол­лер дисковода для чтения 3,5-дюймовых дискет подключается к шине ISA. Шина ISA является самой медленной интерфейсной шиной по сравнению с но­выми, бо­лее быстродействующими шинами USB и FireWire. В современных ма­теринских платах она отсутствует. С появлением шин USB и FireWire все больше подключаемых к компь­ютеру внешних устройств поддерживают новые стандарты интерфейсных шин.

2.3.4.2.                      Характеристики чипсетов для материнских плат

Набор микросхем материнской платы, обеспечивающий обмен данными между цен­тральнымпроцессором, оперативной памятью и периферийными устройствами, называют системным набором или чипсетом (chipset). Чипсет определяет такие функциональные возмож­ности материнской платы, как тип устанавливаемых процес­соров, тип и объем оперативной памяти и кэш-памяти второго уровня, тактовую час­тоту системной шины, поддерживаемые интерфейсные шины. На материнской плате, в зависимости от ее мо­дификации, может нахо­диться различное количество разъемов для подключения допол­нительных устройств и наращи­вания оперативной памяти. Каждая материнская плата имеет разъем для установки централь­ного процессора определен­ного типа. В современ­ных материнских платах применяются разъ­емы стандартов Slot I, Slot 2, Socket 370, Socket 478 и т.д.

Лидером в разработке и изготовлении системных наборов является корпорация Intel, по­этому прочие производители чипсетов вынуждены ориентироваться на решения In­tel и обес­печивать совместимость с ее компонентами и стандартными интерфейсами. Совре­менные сис­темные наборы включают в себя две «базовые» микросхемы – «север­ный мост» (North Bridge) и «южный мост» (South Bridge). Первая из них обычно управляет шиной оперативной памяти, шиной AGP, шиной PCI и обеспечивает взаимодействие с системной шиной процессора. Южный мост управляет интерфей­сами IDE, USB, ACPI, ШЕЕ 1294; эта микросхема включает в себя мост ISAPCT, контроллеры клавиатуры, мыши, FDD. Сейчас появились чипсеты со встроенными ви­део- и звуковыми контроллерами.  Рассмотрим характеристики наиболее распространенных системных наборов.

2.3.4.3.                      Чипсеты фирмы Intel

Корпорация Intel занимает ведущие позиции на рынке системных наборов мик­росхем для процессоров Pentium III, Pentium 4 и других, так как в отличие от конкурен­тов, начала разработку соответствующих микросхем параллельно с разработ­кой своих процессоров. Кратко охарактеризуем некоторые из распространенных.

Чипсет 460GX предназначен для мощных многопроцессорных серверов на базе про­цес­сора Itanium с интерфейсом РАС418. Поддерживается работа четырех процессо­ров. Отме­тим, что существуют чипсеты, которые организуют работу 32 процессоров Itanium.

Чипсет i815 проектировался как преемник популярного чипсета 440ВХ. Он поддер­жи­ва­ет процессоры Pentium III и Celeron на ядре Coppermine. Поддерживаются час­тоты сис­темной шины 66, 100 и 133 МГц. Чипсет iS 15 имел встроенное графическое ядроi752. Более поздние модификации чипсета iS 15 поддерживали процес­соры Pentium III и Celeron на ядре Tualatin, шину USB 2.0 и интерфейс АТА-100.

Чипсет (865РЕ – поддерживает процессоры Pentium 4 и Celeron с частотами шины 400/533/800 МГц, а также двухканальную память SDRAM DDR266/DDR333/DDR400. В чипсете реализована шина AGP. Новый южный мост ICH5 поддерживает Serial ATA-150. Чипсет I865G отличается отi865PE наличием интегри­рованного графического ядра Intel Extreme Graphics

2.3.4.4.                      Чипсеты фирм ALi, SiS, Via и NVIDIA

Одним из преимуществ продукции Ali, VIA и SiS всегда являлась шина. Рассмотрим сна­чала Чипсеты для процессоров Intel Pentium 4.

Чипсет SIS648 в свое время имел высокую производительность и был реальным кон­ку­рентом связке i85OE+RDRAM (PC1066), причем плата на SiS648 с DDR400 стоила за­метно дешевле сочетания Intd+Rambus. Но этот чипсет не поддерживал техноло­гию НТ {HyperThreading – Многопоточность).

Чипсет SIS655FX – это чипсет с двухканальной поддержкой памяти DDR400 и процес­со­ров Pentium 4 (FSB 800 МГц) с технологией HyperThreading. Пропускная спо­собность чип­сета (процессор-северный/южный мост – память) 6,4 Гб/с. Южный мост, SiS964 имеет интер­фейс Serial ATA и способен обеспечить поддержкуRAID-массива.

Чипсет VIA PT880 – набор системной логики для процессоров Pentium 4. Чипсет поддер­живает частоты системной шины 400, 533 и 800 МГц.

Чипсеты SiS733, SiS735, SiS745, SiS746, SiS746FX, SiS748 предназначены для плат­фор­мы Socket А, т.е. процессо­ров фирмы AMD 7 поколения (Athlon/Duron). Чипсет NVIDIA nForce2 Ultra 400 для платформы AMD Athlon XP (Socket А) поддержи­вает двухканальную память DDR266/333/400, системную шину 400 ГГц, AGP, 4 порта USB 2.0, FireWire, ATA133, Serial ATA.

Чипсет NVIDIA nForce3 Pro предназначен для новых 64-разрядных процес­соров семей­ства Opteron от AMD. Выпу­щено несколько вариантов чипсета. Напри­мер, вариант nForce3 Pro 150 имеет 10/100 Мбит/с Ethernet и три Ultra ATA-133, под­держивает USB 2.0, АС’97 аудио, PCI, AGP 8х и RAID уровня 0, 1 и 0+1, Socket 754.

2.3.4.5.           Последовательные и параллельные порты Ввода/вывода

Обычно шина предназначена для обмена информацией между несколькими уст­ройства ми, в то время как порт – только между двумя (между шиной и внешним устрой­ством). Например, шина AGP фак­тически является портом.

Для управления периферийными устройствами используется расположенный на материнской плате контроллер ввода/вывода, который подключен непосредственно к микро­схеме южного моста чип­сета. Контроллер ввода/вывода; обычно поддерживает два последовательных порта СОМ1 и COM2, порты PS2, один параллельный порт LPT и порт клавиатуры. Порт С0М1 используется обычно для подключения манипулятора «мышь», COM2 – для подключения внеш­него модема, LPT-для принтера или ска­нера. Разъемы портов ввода/вывода располо­жены на материнской плате, но обязательно выведены на зад­нюю панель корпуса ком­пьютера либо с помощью специальныхшлейфов, либо непосредственно с мате­рин­ской платы. Появление новых, более быстродействующих, стандартов интерфейсных шин USB и FireWire вытесняет старые малопроизводитель­ные порты .К шине FireWire может быть од­новременно подключено до 63 устройств, а к шине USB – до 127. Такое большое число одно­временно подключенных к компьютеру устройств с помощью шины USB объясняется ее топо­логией, которая представляет собой соеди­нение «звезда». Всего через один корневой концентратор может быть под­ключено 127 кон­центра­торов или USB-устройств. Однако, учитывая относи­тельно невысокую пропуск­ную способность шины, оптималь­ным числом следует считать 4—5 одновременно под­ключенных устройств. При этом более скоростные устройства следует под­ключать бли­же к корневому концентратору. Шина USB при­звана заме­нить порты ввода/вывода СОМ1, COM2, LPT, порт клавиатуры и т.д.

Вы познакомившись с общим устройством материнской платы современного компьютера, узнали, что производитель­ность материнской платы напрямую связана с набором мик­ро­схем (чипсетом) и частотой системной шины.

Нет комментариев

  1. Best Casino Bonuses 2018

    Hi there! This post couldn’t be written any better!
    Going through this post reminds me of my previous roommate!
    He constantly kept preaching about this. I am going to send this post to
    him. Fairly certain he’s going to have a very good read.
    Thanks for sharing!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

О Main Aditor

Здравствуйте! Если у Вас возникнут вопросы, напишите нам на почту help@allinweb.ru