Аппаратная часть компьютеров

ПЛАТФОРМЫ И ВИДЫ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
1. Платформы современных компьютеров.
1.1. Платформа Windows. IBM РС-совместимые компьютеры. Особенность: «закрытая» архитектура.
Наиболее распространенные ОС: Microsoft Windows XP/ Windows 7, в перспективе Windows 8.
1.2. Платформа Apple. Распространены: Америка, Япония. Особенность: «закрытая» архитектура.
ОС: MacOS. Достоинство: работа с графикой (полиграфия, дизайн, видео, звук).
1.3. Платформа Linux. Общее название Unix-подобных ОС на основе ядра Linux.Особенность:
«открытая» ОС, т.е. не имеющая единой официальной комплектации. Наиболее популярными в
России являются: RedHat, ALTLinux, ASPLinux, Rosinka и др.
2. Виды современных компьютеров.
2.1. Настольные компьютеры:
2.1.1. Настольный компьютер (Desktop) – системный блок с периферией. Громоздок, недорог,
легко модернизируется, имеет наибольшие возможности.
2.1.2. Домашние компьютеры. Особенность: мультимедийность (звук, видео, трехмерная графика,
«играбельность (джойстик, очки и пр.)»)
2.1.3. Рабочие станции – АРМ (решение узкого круга задач: математические, инженерные,
экономические и др.), остальные возможности урезаны.
2.1.4. «Настольное издательство» - дорогостоящая система с большим монитором,
профессиональной видеоплатой, лазерным принтером и сканером.
2.1.5. Серверы – компьютеры-распорядители в сетях (локальной и глобальной). Мощный
процессор, большая ОП, несколько жестких дисков. Мультимедиа может отсутствовать.
2.2. Настольные мини-компьютеры (barebone) – корпус в четыре раза меньше, чем у домашних ПК.
Дешевле, но мощнее ноутбука. Модернизация ограничена. Внешне скорее аудиосистема, чем ПК.
Возможно воспроизводить аудио и видеодиски без загрузки компьютера!
2.3. Портативные компьютеры (ноутбуки (в прошлом: laptop)) – низкая функциональность по
сравнению с ПК (пока!), высокая цена, компактность, легкость, зависимость от аккумулятора,
поддержка беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth), плохо поддается модернизации.
2.4. Субноутбуки (мини-ноутбук, нетбук) – монитор 8-10 дюймов, часто внешний DVD, отсутствует
3D-ускоритель (не поиграешь!), но сумку не отяготит (вес менее 1 кг).
2.5. Карманные компьютеры (Perconal Digital Appliance (персональный цифровой помощник)– PDA
или КПК) – компактное, устройство весом 150-200 граммов с цветным экраном 3,5-4 дюйма, с
«перьевым» рукописным вводом («стилос» плюс чувствительный экран), «мягкая» клавиатура
подключается внешне или используется «виртуальная» клавиатура. Назначение: чтение
электронных книг, органайзер и записная книжка, коммуникационный центр (через мобильный
телефон по протоколу WAP, GPRS), электронный офис, электронная система навигации
(подключается плата GPS (Global Positioning Service) – определяет ваше местоположение на карте
и рекомендует пути проезда), мультимедиа-центр, игровая платформа, фотокамера.
2.6. Смартфоны и коммуникаторы
2.6.1. Коммуникатор – КПК с встроенным GSM–модулем, обеспечивающим работу
«наладонника» как с обычным телефоном и выходом в Интернет по протоколу GPRS.
2.6.2. Смартфон – это мобильник с встроенным MP3-плеером, фотокамерой, мобильным видео,
играми.
2.7. Игровые приставки – ПК, использующий в качествен монитора обычный телевизор.
Непревзойденная
графика!
Встроенный
DVD–плеер,
MP3-проигрыватель,
модем.
Конкурирующие производители: Sony Playstation и Microsoft Xbox.
АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ КОМПЬЮТЕРА
1. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП построения компьютера – все модули (Модуль –
часть компьютера с определенными функциями и независимым входом и выходом) компьютера
взаимодействуют (обмениваются информацией) через магистраль (системную шину). Достоинства:
1.1. универсальная конфигурация (комплектацию выбирает потребитель);
1.2. легкая модернизация (и ремонт);
2. СИСТЕМНЫЙ БЛОК.
2.1. Конфигурацию системного блока легко можно определить по формуле, разработанной
продавцами ПК. Например: P4-3/512 DDR (PC3200)/120Gb SATA/GeForce 5700 256/DVD+RW.
Расшифровка формулы: Процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3 гигагерца, оперативной
памятью типа DDR SDRAM объемом 512 Мб с пропускной способностью около 3200 Мб/с,
жесткий диск (винчестер) объемом 120 Гб, подключенный через интерфейс Serial ATA,
видеоплата, основанная на наборе микросхем NVIDIA GeForce 5700 с объемом памяти 256 Мб,
дисковод для чтения и записи дисков CD и DVD.
2.2. Виды корпусов системного блока:
2.2.1. desktop (лежит)(используется в barebone)
2.2.2. (mini)tower (стоит).
2.3. На панелях системного блока располагаются:
2.3.1. индикаторы,
2.3.2. дисководы,
2.3.3. разъемы:
2.3.3.1.параллельный порт(LPT)(снят с 2005г.)
2.3.3.2.последовательный порт (COM)(устарел!),
2.3.3.3.порт PS/2 (только для мыши и клавиатуры (пока! умирает также),
2.3.3.4. USB (новация десятилетия! до 8 штук),
2.3.3.5. IEEE 1394(FireWire)(конкурент USB, с 2003 года).
2.3.4. Обязательное содержимое внутри: блок питания >=500 ватт!
3. СИСТЕМНАЯ (МАТЕРИНСКАЯ) ПЛАТА – подложка, от каждой части которой зависит
быстродействие и стабильность работы компьютера. Состав СП:
3.1.1. базовый набор микросхем «чипсет» (Основные производители: Intel, VIA, NVIDIA)
(контроль, определяет тип СП, процессора и памяти, скорость шины и пр.) включает:
3.1.2. «северный» мост - соединяет процессор, память, внутреннюю шину;
3.1.3. «южный» мост - управляет подключениями периферии и внутренними контроллерами
(звук, сеть, порты и т.д.)
3.2. набор разъемов и портов (подключение внешних устройств)
3.3. шина (информационная магистраль, связь – поддерживает «общение» между мостами)
3.3.1. шина данных (разрядность определяется разрядностью процессора)
3.3.2. шина адреса (разрядность определяется объемом оперативной памяти)
3.3.3. шина управления (передает тип операции: считывание или запись)
3.4. микросхема BasicInputOutputSystem (координационный центр управления, включает
ПРОГРАММУ контроля и начальной загрузки)
3.5. встроенные (интегрированные) дополнительные устройства (звук обеспечивается микросхемойкодак (лучше-восьмиканальный); сеть – контроллер подключения локальной сети 10/100 Мбт или
1 Гбит/сек; графика – видеосистема (заменяет видео плату, уровень NForce 4); контроллер RAID –
объединяет несколько «жестких» дисков)
3.6. слоты – специальные разъемы для подключения других плат (памяти, звуковых, видео плат и т.д.)
3.7. контроллеры – для подключения внешних устройств и управления ими.
4. ПРОЦЕССОР – устройство, осуществляющее обработку информации и выполняющее функции
управления работой ПК в соответствии с заданной программой (реализует «Принцип программного
управления») Микропроцессор – выращенный по специальной технологии кристалл кремния (4-6
кв.см.), состоящий из транзисторов (1 транзистор размером<=65 нм (наномикрон!)), соединенных
мостиками-контактами, расположенных на «подложке» (1 нм (пять атомов!!!)). Сегодня размеры
транзистора уменьшены почти до возможного с точки зрения физики размеров! (физический предел –
22 нм был достигнут к 2010 году!!!). Резко возрастает и количество выделяемого тепла. Вывод:
многопроцессорная технология, которая применяются в промышленных компьютерах (сотня
процессоров – не редкость!)
4.1. Состав ЦП:
4.1.1. ядро (обработка данных)
4.1.2. сопроцессор (операции с плавающей точкой)
4.1.3. Кеш-память (собственная (сверхбыстрая) буферная память) (>=2 Мбт (второго уровня) и
>=32 Кб (первого уровня – самая быстрая!))
4.1.4. системы «мультимедийных команд» (оптимизация графики, видео, звука –SSE 2 (Intel)
3DNow (AMD)) и функция HyperThreading (работа с двумя потоками данных одновременно
дает до 20% прирост скорости)
4.1.5. кулер (вентилятор, установлен поверх кристалла процессора, пока механический, но уже не
справляется, нельзя экономить на кулере (Thermaltake –хороший). На мощных процессорах
используется водяное охлождение.
4.2. Характеристики:
4.2.1. тактовая частота (количество тактов за секунду; 1МГц=1 миллиону тактов в секунду).
Такт (период)– момент времени между двумя моментами дискретного времени. Дискретное
время, это время изменения информации. Технический предел тактовой частоты = 3,5 ГГц.
Дальнейшее повышение тактовой частоты возможно только на новой элементной базе,
возможно, за счет использования других физических свойств полупроводников, но это
далекая перспектива. Сейчас создаются многоядерные и многопотоковые поцессоры, которые
одновременно обрабатывают несколько потоков информации.
4.2.2. количество ядер:
4.2.2.1. одноядерные
4.2.2.2. двухъядерные (2005 год: Pentium D (Intel) и AMD X2) – несколько процессорных
ядер, выращенных на одном кристалле в паре с соответствующим программным
обеспечением дают почти двукратное превосходство (процессы вычислений идут
параллельно на двух процессорах!)
4.2.2.3. четырехъядерные и более
4.2.3. разрядность – максимальное количество бит, которые могут обрабатываться и
передаваться процессором одновременно. (=64 разряда; требуется ОС не ниже Windows XP
или Windows 7)
4.2.4. частота шины (пропускная способность, см. п. 3.3) связана с частотой процессора через
«коэффициент умножения».
4.2.5. Рекомендация: менять процессор имеет смысл, когда его частота вдвое меньше «средней»
на день принятия решения!
5. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА:
5.1. ВНУТРЕННЯЯ
ПЗУ – ROM (read only memory) постоянное запоминающее устройство, хранит Программу
Тестирования и Диагностики и Программу Начальной Загрузки (BIOS), применяется для
хранения набора команд и внутренних настроек во всех контроллерах (сетевой, видео,
ввод/вывод и т.д.). Особенности: энергонезависимая, только чтение (батарейка позволяет
запись)
5.1.1.1.ОЗУ – RAM (random access memory) оперативное запоминающее устройство или ОП оперативная память (RAM). Особенности:
энергозависимая,
чтение, хранение
программы, которая будет выполняться сейчас и данные к ней, запись промежуточных
результатов
5.1.2. Устройство ОП: 168-контактные модули DIMM до 16 Гбайт. Структура памяти:
дискретна, т.е. это ячейки, разделенные на разряды (1 бит) длиной в машинное слово.
Машинное слово – упорядоченная последовательность бит, рассматриваемая аппаратной
частью ПК, как единое целое (8-64 бит)
5.1.3. Характеристики ОП:
5.1.3.1. объем (до 16 Гб)
5.1.3.2.время доступа (минимальное время поиска нужной ячейки памяти) (3-7 нс (наносекунд))
5.1.3.3. пропускная способность (Мб/с)
5.1.3.4. тайминг (комплекс 4 характеристик (3-3-2-8), лучше, когда цифры меньше)
5.1.4. Типы RAM:
5.1.4.1.SRAM - статическая (самая быстрая (6 Гб/с), кэш-память, на базе цепи из статических
триггеров). «+» - быстродействие; «-» - дорого, греются
5.1.4.2.DRAM – динамическая (до 800 Мб/с, на базе конденсаторов, образующих цепь в
полупроводниковом кристалле). «+» - дешево, компактно; «-» -низкое быстродействие
(стекание конденсатора требует автоматического восстановления).
5.1.4.2.1. DDR (double data rate – «двойная скорость передачи данных», т.е. может удвоить
частоту шины памяти в два раза, но уже отстает от скорости процессора)
5.1.4.2.2. DDR 2 SDRAM (поддерживает частоты до 1000 МГц), отличается наличием на
каждой плате своего макропроцессора, отвечающего за быстрый ввод/вывод.
5.1.5. Рекомендация: модули ОП устанавливать парами, но в разные слоты (схема: 1-модуль в 1
слот первой пары слотов, 2 модуль в 1 слот второй пары слотов), чтобы обеспечить
двухканальный режим; все модули должны быть одного типа и солидной фирмы (Samsung,
Corsair, Kingston)
5.2. ВНЕШНЯЯ (ВЗУ)- внешние запоминающие устройства
5.2.1. Способы доступа:
5.2.1.1. последовательный (магнитные ленты- стриммерные библиотеки емкостью до 400-600
терабайт- для долговременного хранения информации. Достоинства: невысокая
стоимость (в 4-5 раз дешевле хранения на дисках), недостаток: низкая скорость
чтения/записи
5.2.1.2. прямой (диски)
5.2.2. Жесткий диск
5.2.2.1.История: первый жесткий диск– 1973 г. IBM – два шпинделя по 30 Мб породил
название «30-30», как у винтовки «винчестер 30-30»
5.2.2.2. Устройство: блок – хранилище (несколько стеклянных/металлических дисков.,
покрытых с двух сторон магнитным материалом толщиной доли микрона (молекулы
железа, никеля, кобальта); блок механики, ответственный за вращение дисков и точное
позиционирование считывающих головок; блок микросхем, ответственных за обработку
даны и коррекцию ошибок.
5.2.2.3. Характеристики:
5.2.2.3.1. объем диска (до 1Тбайт)
5.2.2.3.2. скорость чтения данных (>= 50Мб/с)
5.2.2.3.3. среднее время доступа (7-9 мс)
5.2.2.3.4. скорость вращения диска (>=15000 об/мин)
5.2.2.3.5. тип интерфейса (Serial ATA)
5.2.2.4. Недостатки: высокое энергопотребление, шумность, тепловыделение, низкая
надежность.
5.2.3. Актуально: Все большую популярность приобретают диски, в которых нет движущихся
частей, а запись идет в микросхемы памяти (флеш-память), а так же «массивы независимых
жестких дисков», когда под управлением одного контроллера параллельно объединены
несколько дисков, что позволяет увеличить общий объем, скорость и надежность (RAID)
5.2.4. Оптические дисководы
5.2.4.1. История: 1964 год – Нобелевская премия за изобретение «холодного» лазера –
Александр Прохоров и Николай Басов; 1968 год – фирма Philips получает патент на
лазерную запись данных.
5.2.4.2. Принцип действия: рельефная подложка из поликарбоната покрыта слоем
светоотражающего вещества, который выгорает под действием лазерного луча, образуя
«питы», т.е. «точки» не отражающие свет (при однократной записи). Для многократной
записи подложка покрывается веществом, которое изменяет состояние с
кристаллического на аморфное и аморфные участки уже пропускают свет на
светоотражающую металлическую подложку.
5.2.4.3. Типы:
5.2.4.3.1. CD - R (RW) - компакт-диск (650 Мб)
5.2.4.3.2. DVD- R (RW) – (4,7 Гб – стандарт, до 18 Гб – возможность)
5.2.4.3.3. HD-DVD (2005 год; Toshiba, NEC)
5.2.4.3.4. Blu-Ray (2005 год; Sony, Samsung и др.) - победил в трехлетней схватке.
Используется «синий» лазер с меньшей длиной волны (405 нм) по сравнению с
«красным» лазером, который использовался для CD (780 нм) или DVD (635 нм).
Чем меньше длина, тем меньше «пит»…
5.2.4.3.5. Требования к дисководам: универсальность поддерживаемых типов, скорость
чтения/записи.
5.2.5. Накопители
5.2.5.1.флеш-накопители (flash-память) - энергонезависимый тип памяти, позволяющий
записывать и хранить данные в микросхемах, появились в 2001 г. Объем информации до
64 Гб, но наиболее используемые 10-32 Гб.
5.2.5.2. карты памяти:
5.2.5.2.1. Compact Flash – лучшее соотношение наибольшей емкости и наименьшей цены,
за счет большого размера
5.2.5.2.2. жесткий диск MicroDrive (до 5 Гб, можно установить в слот формата
CompactFlash II и использовать как обычную флешку, но дорого и энергоемко)
5.2.5.2.3. Secure Digital (SD)/Multimedia Card (MMC) – главные конкуренты Compact Flash,
используются в фотоаппаратах, плеерах и т.п.
5.2.5.2.4. xD (eXtreme Digital) (фотоаппарат Olimpus)– самый маленький размер и самая
высокая цена и Memory Stick (Sony)
5.2.5.2.5. Считывание: лучше через картридер (считывает все виды и недорог)
5.2.5.2.6. Характеристики: объем памяти, скорость считывание/запись.
5.2.5.3. мобильный винчестер- винчестер в коробочке, подключается к USB или Fire Wire
портам без перезагрузки ПК; большая емкость (до 1 Тб) и цена (>=$100). При отсутствии
данных портов используют Mobile Rack («салазки»), использующий контроллер IDE или
SATA. Еще дороже ZIV – мобильный винчестер минимального размера.
6. «ПЕРИФЕРИЙНЫЕ» УСТРОЙСТВА
6.1. УСТРОЙСТВА ВВОДА
6.1.1. Клавиатура-устройство ввода символьной информации (30 лет = 104 клавиши, с 1995 года
растет количество функциональных клавиш для обслуживание конкретных приложений
(Интернет) и ОС (удобно, если привыкнуть), улучшается эргономика (изогнутые,
уменьшается риск заболевания рук), беспроводные (дорого), с 2004 года – клавиатура Optimus
(c OLED-дисплеем на отдельных клавишах – эффектная подсветка), Virtual Keyboard (VKB) –
клавиатура, сделанная из световых лучей, которые проецируются на любую плоскую
поверхность…)
6.1.2. Сканер- устройство ввода графической информации. Виды: ручной (для ноутбуков, размер
сканирования 10см), планшетный (форматы А2, А3, А4), протяжный (принцип факса, не
работает с толстым оригиналом). Характеристики: разрешающая способность (>=600 dpi),
разрядность (>=48 бит, определяет количество цветов, распознаваемое сканером), тип
матрицы (CIS или CCD -качество изображения лучше за счет системы доп. матриц и зеркал),
устройство автоподачи листов и пр. удобства.
6.1.3. Графический планшет (дигитайзер)- со специальной
поверхности специальным
«карандашом» передается изображение, нарисованное вручную…Характеристики: размер и
разрешающая способность рабочей поверхности, легкость управления и чувствительность к
нажатию «пера» (лучший производитель - Wacom)
6.1.4. MIDI- клавиатура подключается к звуковой плате через разъем для ждойстика,
предназначена для передачи тона ноты, длительности и вида музыкального инструмента.
6.1.5. Веб-камера устройство передачи (без сохранения!) видео (среднего качества!) в компьютер
(используется для телеконференций в Интернет, интерактивных совещаний в офисе и пр.
общения с помощью ПК). Характеристики: разрешение (640х480 точек), частота обновления
кадров (>= 24 кадра/сек.- модем не потянет!), реакция на освещение, наличие микрофона,
способность работать в паре с ПО (Microsoft NetMeeting), «умение» сохранить кадр) Фирмы:
Kodak,Creative, Intel.
6.2. УСТРОЙСТВА ВЫВОДА
6.2.1. Монитор- устройство вывода (отображения) информации.
Виды:
 на основе ЭЛТ (пучок электронов обстреливает поверхность экрана кинескопа, покрытого
люминофором; каждая точка светится одним из трех цветов (красный, синий, зеленый), а их
сочетание дает миллионы оттенков) «+»: дешево, хорошая цветопередача; «-»:
энергопотребление, громоздкость, вредное воздействие на зрение, аналоговый сигнал.
 LCD (жидкокристаллические) – мониторы (каждый пиксель изображения формируют три
жидкокристаллические «колбочки», расположенные одна за другой; в зависимости от силы
подаваемого напряжения, прозрачность «колбочек» меняется, а свет от лампы, проходящий
сквозь них, формирует точку нужного цвета) «+»: компактны, легки, эргономичны,
безопасны (для зрения), низкое энергопотребление, цифровой сигнал; «-»: качество
изображения (пока).
Характеристики (LCD): размер диагонали экрана (>= 17 дюйм), пропорции экрана (16:9); тип
матрицы (зависит время отклика, угол обзора, качество цветопередачи)(TN+film, MVA & PVA,
IPS & S-IPS), экранное разрешение (кол-во точек по вертикали и горизонтали)( для 17 дюйм1024х768 XGA, 19 дюйм – 1280х1024 SXGA или 1600х1200 UXGA; менять разрешение экрана
для LCD –мониторов – проблема!), величина экранного «зерна» (0,28-0,29 мм), время отклика
пикселей (время перехода от «белого (активен) к черному(неактивен)» цвету пикселя)( от 8 до
30 мс); степень контрастности и угол обзора (1:1000 и 170 градусов), интерфейс подключения
(лучше цифровой разъем DVI), возможность работать в портретном режиме (поворот на 90
градусов – текст полной страницей!), возможность настройки и коррекции изображения,
дополнительные входы и выходы.
Рекомендация: проверить монитор на наличие «битых пикселей» с помощью программы TFT
Test или Nokia Monitor Test в магазине до оплаты!
6.2.2. Принтер – устройство вывода на бумагу (пленку)
Виды:
 матричные (символьные, игла по красящей ленте, не производятся)
 струйные (разбрызгивание чернил из сопел под давлением (три цвета, иногда до 7) +
черный) «+» почти бесшумны, хорошее качество; поддержка технологии прямой
печати (с фотоаппарата), наличие слота для карт памяти, возможность печати на CD; «»: скорость, цена (расходные материалы), неустойчивость к влаге).
 лазерные (луч лазера переносит изображение на валик-барабан, заряжая отдельные
участки, к которым прилипают частицы краски и валик переносит ее на бумагу) «+»:
скорость (1 стр. за 3-10 сек), типографское качество, бесшумные; «-» цена и габариты,
выделяет озон, почти все черно-белые, цветные –очень дорого, особенно картриджи.
 светодиодные (LED) (вместо луча лазера светодиодная матрица; более дешевые, чем
лазерные)
 многофункциональные устройства («комбайны»): принтер, сканер, копир и факс! «+»
место на столе, «-»: характеристики отдельных устройств весьма средние, если
ломается, то все сразу, цена дороже, чем принтер и сканер отдельно.
Характеристики: разрешающая способность (>=600 точек на дюйм), скорость печати (3-5
страниц/мин или 7-20 страниц/мин у лазерных), стоимость печати и расходных материалов
(у струйных дороже, чем у лазерных), способ подачи бумаги (автоподача), способ
подключения к ПК (лучше USB)
Рекомендация: при покупке принтера не забудьте купить спец.шнур для подключения к
ПК (в комплект принтера не входит!)
6.2.3. Акустические системы (колонки)
6.3. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ
6.3.1. Мышь (первые мыши – Apple Macintosh для графического интерфейса OS MAC)
Разновидности: трекбол (шарик с верху), touchpad («чувствительная площадка»).
Рекомендуемые характеристики: количество кнопок (2+бегунок); оптическая; проводная или
инфракрасная; хорошая эргономика (Microsoft, Genius, Logitech)
6.3.2. Джойстик – палочка-игралочка (перевод с англ.), используется для игр как игровой
манипулятор.
6.4. УСТРОЙСТВА СВЯЗИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
6.4.1. Модем (модулятор-демодулятор) – устройство преобразования цифрового сигнала
компьютера в аналоговый сигнал телефона и наоборот для передачи его по телефонным
каналам. Характеристики: протокол передачи (V.92 c 2000 г.), скорость передачи (>=57 600
бит/сек), встроенный/внешний; аналоговый/цифровой; наличие факс-функций; передача по
телефонным каналам/ электрическим сетям (новинка!), функция сжатия и коррекции ошибок,
технология ADSL- до 100 Мб/с.
6.4.2. USB –модемы, работающие в диапазоне мобильных телефонов. Недостаток: дорого, но в
сельской местности, где нет другой возможности подключиться к сети, приходиться
мириться.