Состав современного персонального компьютера. Системный блок, составляющие части

1.4.1 Состав персонального компьютера

1.4.2 Системный блок

1.4.2.1 Материнская (системная) плата

1.4.2.2 Блок питания

1.4.2.3 Накопители

1.4.2.4 Адаптеры

Литература: 4, c. 32–73; 5, c. 45–56; 6, c. 12–34, 57–68, 78–86; 8; 9.

1.4.1 Состав персонального компьютера. Персональный компьютер (ПК) как промышленное изделие состоит из нескольких агрегатов (блоков), связанных соединительными кабелями. Номенклатура блоков может варьироваться, но в минимальный комплект поставки входят: системный блок, клавиатура, монитор и манипулятор. В числе дополнительных устройств могут быть: принтер, дополнительный накопитель и пр.

1.4.2 Системный блок. Системный блок стационарного ПК представляет собой прямоугольный каркас, в котором размещены все основные узлы компьютера: материнская плата, адаптеры, блок питания, дисковод для гибких магнитных дисков (НГМД), дисковод(ы) для компакт-дисков, дисковод(ы) на жестком магнитном диске (НЖМД), в просторечии называемый «винчестер», динамик, органы управления (выключатель электропитания, кнопка общего сброса, индикаторы питания и режимов работы). С тыльной стороны системного блока видны штепсельные разъемы для подключения шнуров питания и кабельной связи с внешними (то есть устанавливаемыми вне системного блока) устройствами. Ряд разъемов, таких как USB, FireWire и выход для наушников могут быть вынесены на переднюю панель. Внутрь системного блока устанавливаются платы сопряжения устройств с центральным процессором (адаптеры, или контролеры) и платы расширения, то есть электронные устройства, которые отсутствуют в первоначальной комплектации машины и приобретаются позже для увеличения ее мощности или расширения функциональных возможностей. Каркас накрывается крышкой или кожухом.

Ныне наиболее распространены три вида форм системного блока: «башня» (tower), «мини-башня» (mini-tower), «плоский» (desktop).

Габариты башни достаточно велики и позволяют разместить в каркасе большее число блоков и плат. Ее часто устанавливают на пол.

Мини-башня отличается тем, что системный блок устанавливается на меньшую грань, так что материнская плата оказывается расположенной вертикально, а встроенные в нее платы - горизонтально.

Плоский системный блок устанавливается на стол наибольшей гранью и служит подставкой для монитора; материнская плата расположена горизонтально, а встроенные в нее платы вертикально.

1.4.2.1 Материнская (системная) плата. Так называют большую печатную плату одного из стандартных габаритов, которая несет на себе главные компоненты компьютерной системы: центральный микропроцессор, оперативную память, микросхемы поддержки, центральную магистраль, или шину, контролер шины и несколько разъемов-гнезд. Последние (часто их называют слотами, от английского slot - щель) служат для подключения к материнской плате других плат (контроллеры, платы расширения и др.). Часть слотов в исходной комплектации ПК остаются свободными.

На системной плате расположены также соединители, к которым с помощью специальных кабелей подключаются дополнительные устройства.

Микропроцессор представляет собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого и высокоточного технологического процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки подключения внешних выводов. В совокупности они образуют все логические блоки, то есть арифметическое устройство, управляющее устройство, регистры и т.д. Мировой промышленностью выпускаются разнообразные типы центральных микропроцессоров. В таблице 1.3 показаны некоторые из процессоров, выпускавшихся в недавнем прошлом компанией Intel – лидером в этой области.

Таблица 1.3 – Характеристики поколений центральных микропроцессоров Intel

Основными параметрами микропроцессоров являются: набор выполняемых команд, разрядность, тактовая частота. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота еще совсем недавно измерялась в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц). Теперь ее меряют в гигагерцах (1 ГГц = 1 000 МГц). Предельные частоты достигают 10 ГГц, хотя едва ли смогут ее преодолеть. Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабатывается (или передается) за один такт, а также – сколько двоичных разрядов может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Следует понимать, что тактовая частота служит лишь относительным показателем производительности процессора, поскольку схемные различия процессоров приводят к тому, что в некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память (по-английски RAM, Random Access Memory, память с произвольным доступом, то есть возможны и чтение, и запись) также реализована на ОБИС. Скорость доступа, то есть время, необходимое для считывания данных из ОЗУ или записи их туда, у современных ОЗУ составляет около 3–4 нс (3–4 ´ 10 ^–9 с). Существуют два типа СБИС памяти: статическая и динамическая (DRAM).

Конструктивно современная СБИС ОЗУ представляет собой небольшую печатную плату с размещенными на ней микросхемами. В 90-е годы применялись сначала 32-х, а затем 72-х контактные (72-pin) 36-битовые модули (32 бита – длина слова из четырех байт плюс по биту контроля четности на каждый байт), называемые SIMM (single in-line memory module). В Pentium их нужно было устанавливать по парам. Их сменили DIMM (dual), содержащие полный банк памяти, что позволило устанавливать их по одной, а не парами.

Последний тип уже относится к SDRAM (Synchronous). Последнее время используются в основном DDR (double data rate); DDR2 и DDR3.

Кроме ОЗУ, в современных ПК обязательно присутствует и так называемая сверхоперативная память (ее называют ещё кэш-памятью, от английского cache). Она предназначена для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми, например, микропроцессора и динамической памяти.

Кэш-память бывает двух уровней: кэш-память первого уровня (L1 cache) размером до 32 Кбайт встраивается непосредственно в микропроцессор. Она быстрее всех остальных типов памяти, но меньше по объёму. Хранит совсем недавно использованную информацию, которая может быть использована при выполнении коротких программных циклов; кэш-память второго уровня (L2 cache) размером до 2 Мбайт (и более) устанавливается (как правило) на системной плате. Информация, хранящаяся в ней, используется реже, чем информация, хранящаяся в кэш-памяти первого уровня, но зато по объёму памяти он больше. Также в настоящее время в процессорах используется кэш третьего уровня (L3 cache) размером 8 Мбайт.

Системная магистраль данных (системная шина) - это группа электрических соединений (проводников) для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Для обеспечения взаимозаменяемости устройств, изготавливаемых разными производителями, количество, назначение и размещение этих проводников стандартизовано. В подавляющем большинстве IBM-совместимых компьютеров системные шины изготовлены по стандарту ISA (Industry Standard Architecture, стандартная индустриальная архитектура). Согласно ему шина имеет 16 линий для передачи данных, 24 линии для передачи адреса, 15 линий для аппаратных прерываний и 7 линий для организации так называемого прямого доступа в память. Кроме того, несколько проводников отведены для разводки электропитания и служебных сигналов.

Промежуточный уровень между шиной микропроцессора и системной шиной ISA занимают так называемые mezzanine-шины, то есть шины-«пристройки». Они не зависят от типа основного процессора и его тактовой частоты. Одним из стандартов на такие шины является PCI (Peripheral Component Interconnect, связь периферийных компонентов).

Еще один важный элемент из числа устанавливаемых на системной плате – это микросхема BIOS (Basic Input-Output System, базовая система ввода – вывода). Она представляет собой энергонезависимое постоянное запоминающее устройство, в которое записаны программы, реализующие функции ввода-вывода, а также программа тестирования компьютера в момент включения питания (POST, Power-On-Self-Test) и ряд других специальных программ.

В своей работе BIOS опирается на сведения об аппаратной конфигурации компьютера, которые хранит еще одна микросхема – CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor RAM). Это энергозависимая память, постоянно подпитывается от батарейки, которая тоже находится на системной плате. Та же батарейка питает и схему кварцевых часов, непрерывно отсчитывающих время и текущую дату.

1.4.2.2 Блок питания. Блок питания (БП) преобразует переменный ток сети электропитания в постоянный ток низкого напряжения. БП имеет несколько выходов на разные напряжения (12,5 и 3,5 В), которые обеспечивают питанием соответствующие устройства компьютера. Электронные схемы блока питания поддерживают эти напряжения стабильными вне зависимости от колебаний сетевого напряжения в довольно широких пределах (от 180 до 250 В).

1.4.2.3 Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации. Выражение «большие объемы» означает, что емкость накопителя в десятки и сотни раз превосходит емкость ОЗУ или вообще не ограничена (если речь идет о накопителе со сменными носителями).