Аппаратное обеспечение ЭВМ (тема 1.2)

1.

Аппаратное обеспечение ЭВМ

2.

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.

3.

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.).

4.

Системная (материнская) плата (англ. - motherboard,
mainboard, MB.) - это основная плата, к которой
подсоединяются все части компьютера (процессор,
видеокарта, ОЗУ и др.), устанавливается в системном
блоке.
Главная задача материнской платы - соединить и
обеспечить совместную работу всех элементов
компьютера.
Основой любой материнской платы является набор
системной логики, который чаще называют чипсетом (от
англ. chipset).
Чипсет - это совокупность микросхем, обеспечивающих
согласованную совместную работу составных частей
компьютера и их взаимодействие между собой.

5.

Кроме разъема центрального процессора (сокета), системная плата
содержит другие разъемы:
• Слоты модулей ОЗУ, к которым подсоединяются модули оперативной
памяти соответствующего типа;
• РСI-E - разъем для установки различных устройств. В зависимости от
возможностей процессора и чипсета, таких разъемов на материнской
плате может быть несколько, и они могут иметь разное количество линий
(x16, x8, x4, x1).
• USB - разъем для подключения периферийных устройств. Известен
всем в первую очередь как разъем, к которому можно подключить
флешку, цифровой фотоаппарат, видеокамеру, телефон и др.
• SATA (Serial Advanced Technology Attachment) - служит для
подсоединения накопителей информации (жестких дисков или SSD,
оптических приводов).
• M.2 – разъем для подключения быстрых накопителей информации
SSD.
• Разъемы для подключения блока питания. Основной разъем,
питающий все компоненты (ATX), имеет 24 контакта. Питание
центрального процессора может иметь 4 или 8 контактов (в зависимости
от мощности процессора, на который рассчитана материнская плата).

6.

7.

Кроме того, на системной плате имеются
различные "игольчатые гребенки",
предназначенные для подключения передней
панели корпуса (кнопки Power, Reset, индикаторы
процессора и жестких дисков, наушники,
микрофон, USB), куллеров (вентиляторов)
процессора, корпуса, жестких дисков и др.
На материнской плате есть также разъемы
звуковой карты, сетевого адаптера (RJ45) и др.
На моделях системных плат с интегрированным
графическим процессором или рассчитанных на
процессоры, содержащие в себе графическое
ядро, есть соответствующие разъемы для
подключения мониторов (VGA, DVI, HDMI).

8.

Системная плата включает еще одну важную часть микросхему ПЗУ (ее часто называют ROM BIOS). В этой
микросхеме хранится базовая программа управления
компьютером, называемая базовой системой ввода-вывода и
больше известна как BIOS (basic input-output system). В
отличии от операционной системы и другого программного
обеспечения, устанавливаемых на жесткий диск или SSD, BIOS
доступен компьютеру без подключения запоминающего
устройства и остальных элементов. Это программное
обеспечение определяет порядок взаимодействия составных
частей компьютера между собой.
Компьютер всегда запускается и работает с учетом данных
BIOS. Если микросхему ПЗУ повредить или внести в BIOS
настройки, не совместимые с работоспособностью системы,
компьютер не запустится. В последнем случае для решения
проблемы достаточно "обнулить" настройки BIOS до
стандартных ("заводских") параметров. Для этого нужно на
несколько секунд вынуть из соответствующего разъема
материнской платы батарейку, питающую микросхему ПЗУ.

9.

Центральный процессор (микропроцессор,
центральное процессорное устройство, CPU) –
сложная микросхема, являющаяся главной составной
частью любого компьютера. Именно это устройство
осуществляет обработку информации, выполняет
команды пользователя и руководит другими частями
компьютера.
Основным материалом при производстве процессоров
является самый обычный песок, а точнее
сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%.
Из очищенного кремния сначала изготавливают большой
монокристалл цилиндрической формы, который
разрезают на "блины" толщиной около 1 мм.
Затем с использованием технологии фотолитографии
в них создаются полупроводниковые структуры будущих
процессоров.

10.

Сегодняшние технологии позволяют создавать
транзисторы размером всего 5-6 нанометров (толщина
человеческого волоса около 50000 нм). Со временем
техпроцесс изготовления процессоров станет еще
совершеннее. По прогнозам, транзисторы уменьшатся как
минимум до 3 нм.
Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов
можно поместить в один процессор, тем он будет
производительнее и энергоэффективнее.
Созданная таким образом полупроводниковая
структура вырезается из кварцевого "блина" и
помещается на текстолит. На обратную его сторону
выводятся контакты для обеспечения подсоединения
к материнской плате. Сверху кристал защищается от
повреждения металлической крышкой.

11.

Основные характеристики процессора:
• Количество вычислительных ядер;
• Количество потоков;
• Размер кеша 2 и 3 уровней;
• Частота процессора;
• Техпроцесс;
• TDP;
• Наличие и производительность видеоядра;
• Тип и максимальная скорость поддерживаемой
оперативной памяти.

12.

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.).

13.

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.

14.

Существуют более быстрые варианты SSD,
предназначенные для подключения к разъемам M.2 или
PCI-E материнской платы

15.

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.

16.

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).

17.

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер,
графический процессор, GPU) – часть компьютера,
отвечающая за обработку видеоинформации и ее вывод на
монитор. 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.

18.

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.

19.

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.

20.

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.

21.

Устройства ввода-вывода:
• Клавиатура;
• Компьютерная мышь;
• Монитор;
• Принтер;
• Сканер;
• Веб-камера;
• Мультимедийный проектор;
• И т.д.