Какой принцип положен в основу устройства компьютера

Обновлено: 17.06.2024

В данной статье мы изучим устройство ПК. Рассмотрим, из чего состоит компьютер с кратким описанием и объяснением назначения каждого из компонентов.

Устройство компьютера

Стандартная конфигурация компьютера — это системный блок и базовая периферия: монитор, клавиатура, компьютерная мышь.

Системный блок — ключевой функциональный элемент ПК, который содержит внутри себя комплектующие, необходимые для функционирования компьютера. Иначе говоря, железный корпус, который содержит нужные части.
Периферия — внешнее оборудование для взаимодействия с компьютером, которое позволяет вводить и выводить информацию из него.

Внутреннее устройство ПК

Давайте заглянем внутрь, чтобы узнать из чего состоит ПК. Полный список комплектующих:

процессор,
оперативная память,
материнская плата,
система охлаждения,
видеокарта,
дисковая система (жёсткий диск и SSD),
блок питания,
корпус,
звуковая карта,
оптический привод.

Необходимый перечень аппаратного обеспечения

Первые 7 комплектующих строго необходимы для работы компьютера. Корпус тоже почти всегда используется, хоть и не несёт критических функций. Таким образом, в состав системного блока обычно входит 8 компонентов.

Видеокарта — крайне нужный компонент, который отвечает за вывод изображения, но вместо отдельной видеокарты может использоваться видеочип расположенный внутри процессора. Таким образом, отдельной карты в ПК может и не быть.

Рассмотрим каждую часть по отдельности.

Процессор (ЦПУ, ЦП)

ЦПУ (центральное процессорное устройство) — это главный компонент аппаратного обеспечения компьютера, который управляет работой ПК и производит все вычисления. Процессор — мозг, обдумывающий и решающий все задачи.

Основные характеристики ЦП:

частота,
количество ядер,
объем кэша,
техпроцесс.

Частота процессора показывает количество операций, выполняемых в единицу времени. Чем выше показатель, тем выше производительность, но больше потребление энергии и тепловыделение.

Кэш — это память внутри ЦПУ, которая характеризуется наивысшей скоростью и используется процессором в первую очередь. Чем больше у микропроцессора такой памяти, тем лучше.

При производстве микросхем применяется специальное литографическое оборудование, которое имеет определённую разрешающую способность (техпроцесс). Уменьшение технологического процесса позволяет уместить больше транзисторов на подложке меньшего размера.

Оперативная память (ОЗУ)

ОЗУ — временная память, в которой хранятся данные во время работы ЭВМ. Кэш процессора отличается крайне ограниченным объёмом, поэтому большинство данных, нужных для выполнения программ, загружаются в оперативную память.

Основные характеристики: поколение DDR, объем, частота. Сейчас актуален стандарт DDR4, но уже не за горами внедрение DDR5. Новые поколения приносят более высокие частоты и меньшее энергопотребление.

Объём памяти измеряется в гигабайтах. Само собой, больше — лучше. Так как, чаще всего, ОЗУ функционирует в двухканальном режиме, то желательно количество планок кратное двум. Например, две планки на 4 гигабайта, которые дадут 8Гб в сумме. На массовых материнских платах почти всегда 4 слота для оперативной памяти, но на компактных версиях МП может быть и 2 слота.

Материнская плата

Материнская плата — системная плата, предназначенная для соединения и обеспечения взаимодействия всех компонентов персонального компьютера.

Сокет, в который устанавливается процессор.
Чипсет — микросхема, которая регулирует работу внутренних компонентов системного блока.
Слоты для установки оперативной памяти.
PCI слоты для подключения видеокарты и других плат расширения.
SATA разъёмы для подключения жёстких дисков и SSD дисков.
Другие внутренние разъёмы.
Внешние порты для пользователя.

МП определяет количество модулей, которые можно подключить к компьютеру. Также она разрешает пользователю присоединять внешние устройства. Сейчас платы почти всегда содержат в себе звуковой чип (звук) и сетевой чип (выход в интернет), то есть, больше нет необходимости в отдельной звуковой карте или сетевой карте. Материнская плата не оказывает прямого влияния на производительность системы, но ощутимо влияет на функциональность.

Система охлаждения (кулер)

Во время работы процессор нагревается, поэтому приходится использовать охлаждение. Кулер представляет собой радиатор с вентилятором. Радиатор рассеивает тепло, а вентилятор выталкивает горячий воздух из рёбер. На эффективность охлаждения влияет размер и качество радиатора, а также количество, качество и скорость вентиляторов. Для компенсации неровностей поверхности кулера и крышки ЦПУ используется теплопроводящая паста. Термопопасту наносят тонким слоем, чтобы заполнить мелкие неровности и улучшить контакт между поверхностями.

Также в корпус ставят один или больше вентиляторов для лучшей циркуляции воздушных потоков. Как правило, спереди ставят вентиляторы на вдув для притока холодного воздуха, а сзади и сверху на выдув горячего воздуха из системного блока.

Видеокарта

Видеокарта — графический адаптер, отвечающий за обработку и вывод изображения на экран монитора. Кстати, ПК может действовать без видеокарты, но вы попросту ничего не увидите на экране, поэтому для вывода изображения нужен хоть какой-то графический адаптер.

Процессор покупается отдельно, его питание распаяно на материнской плате, кулер тоже самостоятельный компонент, который каждый приобретает самостоятельно или использует стандартный из BOX комплектации ЦП. Видеоадаптер — это комплексный компонент, которое включает в себя видеочип, собственную память, систему питания и охлаждение.

В современных компьютерах видеокарта — это второй вычислительный элемент. Чаще всего, мощные графические адаптеры используются для прорисовки графики в играх, но и для рабочих приложений (например, видеомонтаж, 3d-моделирование) видеокарта тоже полезна. Профессиональное программное обеспечение ощутимо чаще использует не только процессор, но и графическую плату.

Графическое ядро, встроенное в ЦП значительно менее производительное ввиду ограниченности пространства и проблем с нагревом, однако, позволяет отказаться от отдельной платы в системном блоке, а для офисных задач такой мощности вполне хватает.

Дисковая система

Для хранения данных в ПК присутствует дисковая система. Благодаря ей вы можете сохранять документы, книги, фильмы и другие данные. Также дисковая система может быть использована и для хранения временных данных. Когда заканчивается место в оперативной памяти, операционная система переносит данные в файл подкачки. Такая виртуальная память позволяет выполнять программы, которые требует оперативной памяти больше чем доступно в ПК. Скорость хранилища значительно меньше скорости ОЗУ, поэтому выполнения задачи будет длиться намного дольше.

Существует два основных вида накопителей. Жёсткий диск — накопитель на жёстких магнитных дисках. Внутри него установлена одна или несколько алюминиевых пластин. ЖД обычно вращается со скоростью 5400 об/мин или 7200 об/мин. Но даже таких скоростей не хватает для того, чтобы бороться с новым поколением накопителей.

Твердотельный накопитель – немеханическое запоминающее устройство, внутри которого нет движущихся деталей. В SSD дисках используется флеш-память, которая более дорогая, но значительно быстрее и полностью бесшумна при работе. Твердотельные накопители даже преодолели порог скорости порта SATA, поэтому появились NVMe модели, которые использует шину PCI Express, как и видеокарты.

SSD более быстрые, но цена за гигабайт всё ещё очень высока, но уже сейчас есть тенденция к отказу от жёстких дисков.

Блок питания

Компьютер, как и другая техника не может функционировать без электричества, поэтому нужен блок питания. БП не только выдаёт нужное количество мощности, но и производит преобразования для всех устройств. Для разных компонентов подаётся разное постоянное напряжение, используются различные коннекторы.

Блок питания, прежде всего, выбирают по выходной мощности. Стандарт эффективности 80 Plus поможет определить уровень КПД, а длительность гарантии укажет на качество схемотехники.

Корпус

Компьютерный корпус выполняет следующие задачи:

Объединяет комплектующие в одной коробке и защищает компоненты от механических повреждений. Также закрепляет составляющие ПК. Например, жёсткие диски боятся тряски во время работы.
Ограждает человека от компьютера, например, на случай возгорания.
Поглощает лишний шум и вибрации.
Грамотно спроектированный корпус охлаждает компоненты лучше, чем открытый стенд.
Несёт эстетическую функцию.

При выборе корпуса убедитесь, что он подходящего размера и содержит все требуемые слоты расширения.

Звуковая карта

Отдельная звуковая карта давно не является требуемым компонентом ПК. Материнские платы содержат в себе звуковой чип, который хорошо справляется со своей задачей. Тем не менее, звуковые карты до сих пор обладают спросом среди людей, которые хотят получить высокий уровень качества звука. Также музыканты используют специальные ЗК для записи и мониторинга полученного материала.

Оптический привод

Дисковод уже практически не используется, но пока ещё заслуживает упоминания. С развитием флеш-памяти (флешек) и интернета дисковые накопители практически полностью изжили себя. Скорость чтения и особенно записи по нынешним меркам оставляет желать лучшего. Привод шумит во время своей работы, а также диски легко повредить.

Например, компания Apple начала отказываться от дисковода в MacBook уже в 2012 году. В данный момент даже бюджетные компьютерные корпуса часто идут без разъёма для привода. Ещё пару лет и оптический привод окончательно отправится в музей компьютерных комплектующих.

Внешнее устройство ПК

Как уже говорилось выше, периферийное устройство — внешнее оборудование для ввода и вывода информацию из компьютера. Главные устройства ввода — это мышь и клавиатура. Хотя также существуют и другие аксессуары для ввода. Например, графический планшет, используемый дизайнерами для рисования. Музыканты подключают Midi-клавиатуры для написания музыки. Игроки используют игровые контроллеры и джойстики. За годы существования ПК оброс множеством различных устройств ввода. Главное устройство вывода информации — монитор, компонент, обеспечивающий возможность визуального взаимодействия с компьютером. Естественно, также существуют и другая периферия данной категории. Колонки и наушники применяется для вывода звука. Принтеры для печати документов и фотографий.

Компьютерные аксессуары дают возможность выполнять новые задачи, повышают функционал и комфорт пребывания за компьютером. Само собой, также существуют основные периферийные устройства, без которых работа с ЭВМ попросту невозможна.

Заключение

Итак, мы наконец закончили разбор устройства ПК. Причём не просто узнали, из чего состоит компьютер, как называются комплектующие, но и выяснили их назначение и основные характеристики.

В каждой области науки и техники существуют фундаментальные идеи или принципы, определяющие на многие годы вперёд её содержание и направление развития. В компьютерных науках роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя крупнейшими учёными XX века — Джоном фон Нейманом и Сергеем Алексеевичем Лебедевым.

Архитектура компьютера – это его устройство и принципы взаимодействия его основных элементов – логических узлов, среди которых основными являются процессор, внутренняя память (основная и оперативная), внешняя память и устройства ввода-вывода информации (периферийные).

Архитектура фон Неймана (модель фон Неймана, Принстонская архитектура) — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера.

Принцип — основное, исходное положение какой-нибудь теории, учения, науки и пр.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин, которые рассматриваются на уроке, были заложены Джоном фон Нейманом. Более подробно о логических узлах, а также о магистрально-модульном принципе архитектуры современных персональных компьютеров можно будет узнать на этом уроке.

Принципы Неймана-Лебедева — базовые принципы построения ЭВМ, сформулированные в середине прошлого века, не утратили свою актуальность и в наши дни.

Рассмотрим сущность основных принципов Неймана-Лебедева:

1) состав основных компонентов вычислительной машины;
2) принцип двоичного кодирования;
3) принцип однородности памяти;
4) принцип адресности памяти;
5) принцип иерархической организации памяти;
6) принцип программного управления.

Первый принцип определяет состав основных компонентов вычислительной машины.

Любое устройство, способное производить автоматические вычисления, должно иметь определённый набор компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации.

Его информационным центром является процессор:

• все информационные потоки (тонкие стрелки на рисунке) проходят через процессор;
• управление всеми процессами (толстые стрелки на рисунке) также осуществляется процессором.

Такие блоки есть и у современных компьютеров. Это:

• процессор, состоящий из арифметико-логического устройства (АЛУ), выполняющего обработку данных, и устройства управления (УУ), обеспечивающего выполнение программы и организующего согласованное взаимодействие всех узлов компьютера;
• память, предназначенная для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации, а также самой программы обработки информации. Различают память внутреннюю и внешнюю. Основная часть внутренней памяти используется для временного хранения программ и данных в процессе обработки. Такой вид памяти принято называть оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Ещё одним видом внутренней памяти является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программу начальной загрузки компьютера. Внешняя или долговременная память предназначена для длительного хранения программ и данных в периоды между сеансами обработки;
• устройства ввода, преобразующие входную информацию в форму, доступную компьютеру;
• устройства вывода, преобразующие результаты работы компьютера в форму, доступную для восприятия человеком.

Вместе с тем в архитектуре современных компьютеров и компьютеров первых поколений есть существенные отличия.

Второй принцип

Рассмотрим суть принципа двоичного кодирования информации.

Вся информация, предназначенная для обработки на компьютере (числа, тексты, звуки, графика, видео), а также программы её обработки представляются в виде двоичного кода — последовательностей 0 и 1.

Итак, благодаря двоичному кодированию, данные и программы по форме представления становятся одинаковыми, а следовательно, их можно хранить в единой памяти.

Несмотря на всеобщее признание, использование в компьютерной технике классической двоичной системы счисления не лишено недостатков. В первую очередь это проблема представления отрицательных чисел, а также нулевая избыточность (т. е. отсутствие избыточности) двоичного представления. Пути преодоления указанных проблем были найдены уже на этапе зарождения компьютерной техники.

Принцип однородности памяти

Согласно принципу однородности памяти команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования. … Концепция машины фон Неймана, предполагает единую память для хранения команд и данных.

Принцип адресности

Согласно принципу адресности основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка.

Принцип иерархической организации памяти

Иерархия компьютерной памяти — концепция построения взаимосвязи классов разных уровней компьютерной памяти на основе иерархической структуры.

Сущность необходимости построения иерархической памяти — необходимость обеспечения вычислительной системы (отдельного компьютера или кластера) достаточным объёмом памяти, как оперативной, так и постоянной.

Учитывая неоднородность периодичности обращения к конкретным записям (внутренним регистрам процессора, кэш-памяти, страницам и файлам) применяются различные технические решения, имеющие отличные характеристики, как технические так ценовые и массо-габаритные. Долговременное хранение в дорогой сверхоперативной и даже оперативной памяти, как правило, не выгодно, поэтому данные такого рода хранятся на накопителях — дисковых, ленточных, флеш и т.д.

Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера.

Узкое место архитектуры фон Неймана

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию.

Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти.

Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

Современную обработку информации невозможно представить без такого устройства, как компьютер. Его следует рассматривать, как совокупность двух составляющих:

Компьютеры, построенные на принципах фон Неймана, имеют классическую архитектуру, но, кроме нее, существуют другие типы архитектуры. Например, Гарвардская. Ее отличительными признаками являются:

хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства;
канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Перспективы развития ЭВМ

Согласно сегодняшней тенденции, уровень глобальных сетей будет увеличиваться, в связи с этим будут разрабатываться новые методы хранения, обработки, представления информации. Будут совершенствоваться способы передачи информации с учетом скорости, безопасности и качества.

Виртуальная реальность остаётся одним из самых интересных и загадочных понятий компьютерной индустрии.

Виртуальная реальность — это образ искусственного мира, моделируемый техническими средствами и передаваемый человеку через ощущения. В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности.

По словам учёных и исследователей, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся. Примерно в 2020-2025 годах должны появиться молекулярные компьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры и оптические компьютеры. Компьютер будущего должен облегчить и упростить жизнь человека ещё в десятки раз!

Одна из указанных вероятностных альтернатив замены современных компьютеров является создание оптических ЭВМ, носителем информации в которых будет световой сгусток. Проникновение оптических способов в вычислительную технику ведется по трем фронтам. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных особых задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связно с созданием чисто оптических или гибридных соединений, обладающих большей надежностью, чем электрические. И третье направление – создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации.

Другие виды компьютеров – молекулярные.

Молекулярные компьютеры – это ЭВМ, использующие вычислительные возможности молекул преимущественно биологических, также используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Квантовый компьютер – ЭВМ, которое путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Нанокомпьютеры – вычислительные устройства на основе электронных технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер также имеет микроскопические размеры. Другое направление связано с разработками биокомпьютеров – клеточные и ДНК-компьютеры.

Однако квантовые компьютеры, биокомпьютеры, нанокомпьютеры и другие направления – все это на сегодняшний момент всего лишь гипотетические вычислительные устройства, которые под собой не имеют логических решений.

Высокие технологии – это будущее и это успех всего человечества. Ежедневно выпускаются новые и более совершенны модели ЭВМ. И на этом процесс развития не остановлен.

Один из выдающихся математиков нашего столетия Джон фон Нейман разработал принципы построения логической системы вычислительной машины, способной использовать гибкую запоминаемую программу, которую можно было бы изменять, не перестраивая всей схемы машины. В соответствии спринципами фон Неймана для работы компьютера необходимы следующие устройства:

1) арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции (АЛУ);

2) устройство управления, которое организует процесс выполнения программ (УУ);

3) запоминающее устройство, или память, для хранения программ и данных (ЗУ);

4) внешние устройства для ввода-вывода информации(УВВ);

5) пульт управления (ПУ).

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легкодоступны для других устройств компьютера (рис. 18).

В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для этих операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.

Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.

Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления чаще всего объединены в единое устройство - центральный процессор. Кроме того, выполнение программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера, - прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее большинство современных компьютеров соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.

Процессор, илимикропроцессор, является основным устройством ЭВМ и представляет собой функционально законченное устройство обработки информации. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную память небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.

Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы. При выполнении программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где они и обрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.

Обрабатываемые данные и выполняемая программа должны находиться в запоминающем устройстве -памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройство ввода. Емкость памяти измеряется в величинах, кратных байту. Память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов. Функционально она делится на две части - внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя, илиосновная, память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины.

Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память.

Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать. Такой вид памяти обычно называется ROM (read only memory - память только для чтения), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, эту память называют ROM BIOS (Basic Input-Output System базовая система ввода-вывода).

Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.

От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит, с какими программами можно на нем работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно.

Для изменения параметров конфигурации компьютера вBIOSсодержится программа настройки конфигурации компьютера Setup. Аккумулятор снабжает электроэнергией и встроенные в компьютер часы (так называемые часы реального времени). Наличие этих часов позволяет не задавать текущее время при каждом включении компьютера.

Еще один вид памяти в IВМ РС-совместимых компьютерах это видеопамять, т. е. память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносными. Емкость этой памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем ко внутренней.

Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств компьютера (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства (рис. 19).

ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования компьютера. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в машину и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти. Иногда устройства ввода-вывода называютпериферийными, иливнешними, устройствами.К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы, печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры, звуковые колонки и др.

Монитор принимает изображение от системного блока. Его экран является рабочим полем. С помощьюклавиатуры в компьютер вводятся любой текст, символы, подаются команды и осуществляется управление работой компьютера.Мышь - средство управления курсором на экране монитора. (Все периферийные устройства ввода-вывода описаны в § 8.)

Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры.Системный интерфейс - это конструктивная часть компьютера, предназначенная для взаимодействия его устройств и обмена информацией между ними. В больших, средних и суперЭВМ в качестве системного интерфейса использовались сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высок

Компьютер, в обыденном понимании, состоит из системного блока, монитора, клавиатуры, мышки, аудиосистемы. К нему можно подключить геймпад, принтер, сканер и много других устройств.

Но самой главной, сложной и дорогостоящей частью компьютера является системный блок. Собственно, это и есть компьютер (в классическом понимании). Остальные устройства предназначены лишь для ввода и вывода информации в различной форме. Потому они и называются периферийными (английское слово peripheral переводится как "второстепенный, внешний, окружной, удаленный").

Если к системному блоку присоединить более современный монитор, клавиатуру или мышь, станет удобней смотреть фильмы, работать с текстом или играть, но возможности компьютера от этого не улучшатся. Более того, при отключении любого из периферийных устройств компьютер будет продолжать работать, поскольку все вычислительные процессы происходят внутри системного блока.

О его строении и пойдет речь в этой публикации.

Системный блок состоит из нескольких ключевых частей, без которых компьютер не может функционировать - это материнская плата, процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство и блок питания. Критически важным является также наличие видеокарты, без которой невозможен вывод из компьютера графической информации.

Внутрь системного блока могут устанавливаться другие устройства, которые, по сути, являются "внутренними" аналогами периферийных устройств и без них вполне можно обойтись (телевизионные тюнеры, карты захвата видео, звуковые карты, модемы, wi-fi модули, дисководы, карт-ридеры и др.).

Материнская плата

Основой любого компьютера (системного блока) является материнская плата (главная плата, англ. motherboard, MB, mainboard, разг. – мамка, материнка, мать и др.). Ее невозможно не заметить, если открыть крышку системного блока (она самая большая).

К материнской плате подсоединяются центральный процессор, оперативная память, видеокарта, запоминающие устройства и др. На ней же размещены USB и другие разъемы для подключения остального оборудования (см. рис.). Главная задача материнской платы – соединить все эти компоненты и заставить их работать как единое целое.

Подробнее о материнской плате читайте здесь.

Процессор

Процессор (центральный процессор, CPU) – главная микросхема компьютера. Он исполняет все команды пользователя и "руководит" остальным "железом". От него напрямую зависит быстродействие компьютера и его возможности.

Внешне процессор представляет собой небольшую плату с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой (см. рис.). Внутри он имеет очень сложную микроструктуру, включающую миллионы транзисторов. Подробнее о процессоре можно узнать здесь.

На материнской плате процессор крепится в специальном разъёме, называемом разъёмом центрального процессора или сокетом (socket). Есть много видов сокетов, в каждый из которых можно установить только процессоры определенного типа (с таким-же разъёмом). Например, на материнскую плату с Socket LGA1151 можно установить только процессоры Intel Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 и Core i7 с разъёмом LGA1151. Для процессоров AMD (Athlon, Phenom, Ryzen и др.) понадобятся материнские платы с другими подходящими разъемами.

Сверху установленного на материнской плате процессора крепится охлаждение. Чаще всего, оно представляет собой радиатор с вентилятором (кулером) для рассеивания тепла (см.рис.). Это тоже важная часть компьютера, поскольку без охлаждения процессор будет перегреваться и при достижении им критической температуры (у каждой модели процессора она своя) компьютер выключится. Запустить его снова будет невозможно до тех пор, пока процессор не остынет.

Между кулером и процессором обязательно прокладывается слой термопасты. Подробнее об этом здесь.

Постоянное запоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения информации. Главными его характеристиками являются объем хранимых данных и скорость чтения/записи. Чем больше объем запоминающего устройства, тем больше на нем можно хранить разного рода файлов. Ну а от скорости чтения/записи зависит то, насколько быстро система сможет получать к ним доступ.

Постоянные запоминающие устройства бывают двух основных типов – SSD (англ. solid-state drive) и HDD (англ. hard disk drive, он же "жесткий диск", в простонародье - "винчестер").

Главным преимуществом SSD-устройств является высокая скорость чтения/записи, что позитивно сказывается на "отзывчивости" компьютера (быстрее запускаются программы, открываются файлы и т.д.). Жесткие диски отличаются более высокой долговечностью и лучшим соотношением показателей "объем хранимых данных / стоимость устройства".

Чтобы пользоваться всеми преимуществами, в компьютеры часто устанавливают два запоминающих устройства. Одно из них – SSD, которое служит для хранения системных файлов и программ, второе – HDD для хранения остальной информации (видео, фото и т.п.). Внутренних запоминающих устройств в системном блоке может быть больше двух. Но для работы компьютера достаточно и одного такого устройства (любого типа).

К материнской плате SSD и HDD обычно подключаются через интерфейс (разъем) SATA. Существуют более быстрые варианты SSD, предназначенные для подключения к разъемам M.2 или PCI-E материнской платы (см. рис.)

Подробнее о постоянных запоминающих устройствах можно узнать здесь.

Оперативная память

В состав компьютера обязательно входит оперативная память (оперативное запоминающее устройство, сокращенно - ОЗУ). Это очень быстрый буфер памяти, используемый процессором. В упрощенной схеме его предназначение можно объяснить следующим образом.

Процессор работает по конвейерной схеме. Для обработки данных он делит их на блоки. Временно эти блоки нужно где-то хранить, но так, чтобы получать к ним моментальный доступ. Использовать с этой целью постоянные запоминающие устройства нельзя, поскольку скорость доступа к находящейся на них информации слишком низкая. Для этого и предназначена оперативная память, скорость которой выше в разы.

Важно, чтобы у компьютера был достаточный объем ОЗУ. Если при выполнении каких-то расчетов свободная оперативная память заканчивается, процессор для ее расширения начинает использовать постоянное запоминающее устройство. Скорость работы компьютера в такие моменты сильно снижается.

Оперативная память компьютера состоит из одного или нескольких модулей ОЗУ - микросхем памяти (см. рис.), которые устанавливаются в специальные разъемы материнской платы. Эти микросхемы энергозависимы. То есть, все находящиеся в них данные "исчезают" при отключении питания (если вынуть модуль из разъема материнской платы или выключить компьютер).

Модули ОЗУ бывают нескольких типов. Самым современным и быстрым типом ОЗУ сейчас является DDR4, хотя более старые и медленные DDR3 и DDR2 по-прежнему в ходу и являются достаточно распространенными. Разъемы разных типов ОЗУ отличаются. На материнскую плату, рассчитанную на установку DDR3, невозможно установить модули DDR4 или DDR2. Даже физически они туда не войдут.

Подробнее об оперативной памяти можно узнать здесь.

Видеокарта

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графический процессор, GPU) – часть компьютера, отвечающая за обработку видеоинформации и ее вывод на монитор (см. рис.). Современные видеокарты подсоединяются к разъему PCI-Express x16. Некоторые материнские платы имеют несколько разъёмов PCI-Express x16. Это позволяет одновременно использовать в системном блоке две или больше видеокарт, что делает графическую подсистему компьютера более быстрой.

Во многих случаях компьютер может успешно работать и без отдельной видеокарты, поскольку многие современные процессоры оснащены интегрированными (встроенными) графическими чипами. Такой чип заменяет видеокарту. Он может быть интегрирован также и в материнскую плату (в очень старых компьютерах). Возможностей встроенных чипов вполне достаточно для офисной работы, т.е. обработки текста, чтения страниц Интернета, просмотра видео, фотографий и даже игры в несложные игры (типа пасьянс "Косынка" или "Солитер"). Если же компьютер предназначен не только для офисных задач, но и для серьезной работы с графикой или игры в 3D-игры, без отдельной (дискретной) видеокарты не обойтись.

В игровом компьютере отсутствие отдельной видеокарты не может компенсироваться наличием быстрого процессора. Процессор среднего уровня в паре с хорошей видеокартой в играх оставит далеко позади самый быстрый процессор с интегрированным видеоадаптером. Необходимо также учитывать, что слишком слабый процессор не даст возможности видеокарте раскрыть весь свой игровой потенциал. Здесь важно найти баланс.

Подробнее о видеокарте можно узнать здесь.

Блок питания

Для питания компьютера необходим блок питания. От его надежности зависит стабильность работы компьютера. Устанавливается блок питания в специальный отсек системного блока и подключается к материнской плате, видеокарте и некоторым другим внутренним устройствам посредством кабелей.

При выборе блока питания необходимо учитывать его суммарную мощность, силу тока на линии 12В (эти показатели должны удовлетворять требования видеокарты, процессора и других "потребителей электричества"), а также наличие выводов с необходимыми разъемами и другие характеристики.

Подробнее о выборе блока питания и его характеристиках можно узнать здесь.

Другие важные устройства

В системном блоке любого современного компьютера также есть:

• Сетевая карта.

Как правило, она уже встроена в материнскую плату компьютера и приобретать ее не нужно. Но если, например, встроенная карта вышла из строя или ее возможностей недостаточно, можно купить отдельную сетевую карту. Как правило, устанавливается она в разъем PCI-E материнской платы.

• Звуковая карта.

Здесь аналогичная ситуация. Все современные материнские платы оснащаются встроенной звуковой картой, которая выдает вполне качественный звук. Но если качество звучания "встройки" не устраивает, или же она вышла из строя, всегда можно приобрести отдельную звуковую карту и установить ее в PCI-E материнской платы.

Для полноценной работы важно не только собрать компьютер в единое целое. Чтобы "оживить" все это "железо" обязательно нужна операционная система и другое программное обеспечение, которое устанавливается на постоянное запоминающее устройство.

Подробнее об операционной системе можно узнать здесь.

Выше перечислены только важные устройства, которые должны быть в компьютере. Однако, в системный блок можно установить еще много другого оборудования: дисководы оптических дисков, Wi-Fi-адаптеры, Bluetooth-адаптеры, модемы, карты захвата видео, ТВ-тюнеры, карт-ридеры и т.д.

Если компьютер перегревается, в системный блок можно поставить дополнительные кулеры (вентиляторы). Если они создают много шума, можно установить реобас для ручной регулировки скорости их вращения. Для охлаждения процессоров и видеокарт существуют также высокоэффективные и тихие системы водяного охлаждения.

Если важен внешний вид, можно купить прозрачный корпус системного блока и установить внутрь цветную подсветку.

В общем, как и в случае с автомобилем, компьютер можно "тюнинговать" до бесконечности.

НАПИСАТЬ АВТОРУ

Двоичное кодирование информации

Любая информация внутри компьютера хранится и обрабатывается в виде длинного кода, состоящего всего из двух символов. Этот код называется двоичным или бинарным.

По своей сути он очень похож на всем известный код Морзе, в котором двумя символами (длинный и короткий импульс) шифруются буквы для передачи текстовой информации по проводам или другим способом.

Компьютеры же пошли значительно дальше. В них в форме бинарного кода хранятся не только текстовые данные, но и программы, музыка, изображения и даже видео высокой четкости.

Перед выводом информации на экран, в аудиосистему или распечатыванием, компьютер "переводит" ее в понятный человеку язык. Но внутри компьютера она хранится и обрабатывается исключительно в виде двоичного кода.

Если вы не программист, знать систему использования бинарного кода в совершенстве не обязательно. Для понимания принципов работы компьютера достаточно разобраться с вопросом в общих чертах. В этом вам и поможет предлагаемая статья.

Как узнать характеристики компьютера

Наверно, каждому пользователю ПК известно, что возможности компьютера не безграничны и зависят от характеристик основных устройств, входящих в его состав. Чем выше будет производительность каждого из этих устройств, тем значительней будет и общая производительность всего компьютера. Значение имеет также версия Windows, используемая на компьютере.

Сравнивая упомянутые характеристики с требованиями тех или иных программ (компьютерные игры, офисные приложения и др.), пользователь может определить, соответствует им компьютер или нет.

В этой публикации описаны способы определения основных характеристик компьютера.

Что такое PCI Express

PCI Express (PCIe, PCI-e) – один из наиболее распространенных протоколов передачи данных. Он используется в современной компьютерной технике для обеспечения взаимодействия различных ее функциональных блоков между собой.

Для самостоятельной сборки или апгрейда компьютера необходимо понимать, что такое PCI Express, какие существуют его версии, чем они отличаются и какие возможности обеспечивают.

Актуальности вопросу придает также то, что недавно компания AMD в своих последних процессорах и видеокартах начала использовать новую версию PCI Express (PCIe 4.0), позиционируя это как важное преимущество над устройствами конкурентов. Действительно ли это так?

Во всем этом мы и попытаемся разобраться.

Как включить AHCI-режим для SATA в Windows Vista и Windows 7

AHCI – продвинутый режим работы интерфейса (разъема) SATA, через который современные запоминающие устройства (жесткие диски, SSD) подключаются к материнской плате компьютера. Использование AHCI позволяет ускорить работу дисковой подсистемы компьютера.

В статье описан порядок активации AHCI в Windows Vista и Windows 7.

Как включить AHCI-режим для SATA в Windows 8

Внутренние запоминающие устройства компьютера (жесткие диски и SSD) с включенным режимом AHCI работают быстрее. Это позитивно сказывается на общем быстродействии всего компьютера.

О том, как включить AHCI на компьютерах с Windows 8, речь пойдет в этой статье.

Таблица совместимости процессоров и материнских плат AMD

Одной из особенностей компьютеров на базе процессоров AMD, которой они выгодно отличаются от платформ Intel, является высокий уровень совместимости процессоров и материнских плат. У владельцев относительно не старых настольных систем на базе AMD есть высокие шансы безболезненно "прокачать" компьютер путем простой замены процессора на "камень" из более новой линейки или же флагман из предыдущей.

Если вы принадлежите к их числу и задались вопросом "апгрейда", эта небольшая табличка вам в помощь.

Читайте также: