Состав системного блока ПК. Корпус и его виды. Блок питания. Системный блок Системный блок (корпус) – это функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты ПК от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри системного блока, экранирующий создаваемые внутренними компонентами электромагнитное излучение и является основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки чаще всего изготавливаются из деталей на основе стали, алюминия и пластика, также иногда используются такие материалы, как древесина или органическое стекло. Состав системного блока ПК Процессор Материнская плата Жесткий диск Оперативная память Звуковая карта Оптический привод Блок питания Видеокарта Материнская плата Системная, или материнская, плата (motherboard, MB; также mainboard) настольного персонального компьютера – это сложная сборочная единица на базе многослойной печатной платы, являющейся основой построения вычислительной системы. На системной плате расположены следующие основные компоненты настольного персонального компьютера • центральный процессор (central processing unit – CPU); • микросхемы чипсета (chipset – набор микросхем); • микросхема загрузочного постоянного запоминающего устройства, содержащая BIOS (basic input/output system – базовая система ввода-вывода); Материнская плата • контроллеры шин и интерфейсов ввода-вывода и периферийных устройств; • оперативное запоминающее устройство (random access memory – RAM) в виде модулей памяти, установленных в специальные разъемы; • слоты для подключения плат расширения; разъемы для подключения периферийных устройств – клавиатуры, мыши, монитора, принтера и т.п. Процессор Процессор - это основное устройство ЭВМ, выполняющее функции по обработке информации и управлению работой других частей вычислительной машины. Именно процессор исполняет машинные инструкции, и является главной частью программируемого логического контроллера. Блок питания Блок питания (БП) — это источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Видеокарта Видеокарта (видеоадаптер)— это плата расширения, функция которой заключается в генерации и выводе изображения на дисплей. Некоторые видеокарты обеспечивают дополнительные функции, такие как захват видео, ТВ-тюнер, адаптер с возможностью подключения нескольких мониторов и другие. Большинство видеокарт разделяют подобные компоненты. Они включают в себя графический процессор (GPU), который представляет собой специализированный микропроцессор, оптимизированный для 3D-рендеринга графики. Видеокарта также включает в себя видео BIOS с основной программой, которая управляет операциями видеокарты и предоставляет инструкции, позволяющие компьютеру и программному обеспечению взаимодействовать с платой. Звуковая карта Звуковая карта - плата расширения, которая обеспечивает ввод и вывод звуковых сигналов в/из компьютера под управлением компьютерных программ. Типовое использование звуковых карт состоит в звуковом сопровождении мультимедийных приложений, таких как музыкальные композиции, редактировании видео или аудио, презентации/обучении и развлечении. На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека. Оперативная память Оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – это память, в которой размещаются данные, подлежащие непосредственной обработке процессором. Она может иметь несколько иерархических уровней. Этот вид памяти называют также памятью с произвольным доступом (Random Access Memory, RAM). В настоящее время наибольшее распространение получили два вида ОЗУ: SRAM (Static RAM) и DRAM (Dynamic RAM). Кулер Кулер (вентилятор, охладитель) — это название системы охлаждения — совокупности вентилятора и радиатора, устанавливаемых на электронные компоненты компьютера с повышенным тепловыделением (обычно более 5 Вт): центральный процессор, графический процессор, микросхемы чипсета, блок питания. Жесткий диск Жесткий диск устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров и устанавливается в компьютер стационарно. Типы корпусов ПК Корпуса ПК различаются по своему форм-фактору. Форм-фактор (form factor) - стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия. Также он описывает дополнительные технические параметры, например форму, типы дополнительных элементов размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию. По своей форме корпусы ПК различаются на горизонтальные и вертикальные Горизонтальная форма корпуса ПК Горизонтальная форма носит название «десктоп» (desktop). Плюсы: возможность компактного расположения компьютера на столе, а также легкий доступ ко всем кнопкам и устройствам системного блока (например, к приводу компакт-дисков). Минусы: как правило, Desktop-корпуса несколько меньше вертикальных (хотя бывают и исключения в виде полноразмерных моделей), поэтому возможна проблемная дальнейшая модернизация компьютера. А также ограниченное внутреннее пространство сказывается не самым лучшим образом на охлаждении компонентов системного блока. Горизонтальная форма корпуса ПК Существуют следующие разновидности горизонтальных корпусов ПК • Desktop (533×419×152) • FootPrint (406×406×152) • SlimLine (406×406×101) • UltraSlimLine (381×352×75) Разновидности вертикальных корпусов ПК Mini Tower – наименьший из вертикальных корпусов, его размеры (Ш × В × Г) составляют примерно 18 × 40 × 43 см. Небольшие габариты делают такой системный блок довольно устойчивым – это плюс. К минусам можно отнести небольшое количество секций для крепления устройств. Разновидности вертикальных корпусов ПК Midi Tower –самая распространенная модель корпуса, ее габариты – 19 × 45 × 45 см. За счет больших размеров корпуса и большего количество секций увеличивается внутреннее пространство блока, что способствует лучшей вентиляции и соблюдению необходимого температурного режима. Корпус снабжен предусмотренными для этих целей вентиляционными решетками и креплениями для дополнительных вентиляторов Разновидности вертикальных корпусов ПК BigTower (190 × 482 × 820) На корпус данного типа могу устанавливаться дополнительные вентиляторы для охлаждения комплектующих. Кроме того, часто имеется возможность установки дополнительного блока питания. Обычно корпус снабжается откидной передней крышкой, за которой скрываются лицевые панели установленных устройств чтения данных и кнопки управления компьютером. Разновидности вертикальных корпусов ПК File Server. Разнообразие размеров данного типа корпусов довольно широко, но примерно составляет: высота от 73 см, ширина 30 - 35 см, а длина около 55 см. Требования к этим корпусам, очень высокие, так как они используются для размещения оборудования серверов, которым должна быть обеспечена бесперебойная работа. Для серверов разрабатывают специальные многопроцессорные материнские платы. Также в корпус устанавливают несколько жестких дисков. Исходя из этого требования к системе охлаждения должны быть высокими, ведь расположенные один над другим жесткие диски разогревают друг друга. Кроме этого, высокие требования предъявляются блоку питания. Блок питания Блок питания (БП) — это источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. Основная задача блока питания — это преобразование напряжения сети 220 — 240 В напряжения питания конструктивных элементов компьютера +12 В и +5 В. Дополнительно блок питания выполняет функции • стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения; • охлаждения компонентов персонального компьютера за счет собственного вентилятора Задачи блока питания • • • • • • Обеспечение передачи мощности Преобразование формы напряжения Преобразование величины напряжения Стабилизация Защита Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по отличному от заданного пути. • Регулировка • Управление • Контроль Параметры блока питания ПК Основным параметром компьютерного блока питания является максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку. В настоящее время существуют блоки питания с заявленной производителем мощностью от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1800 Вт. Основными силовыми цепями являются напряжения +3,3, +5 и +12 В. Причем, чем выше напряжение, тем большая мощность передается по данным цепям. Отрицательные напряжения питания (−5 и −12 В) допускают небольшие токи и в современных материнских платах в настоящее время практи- чески не используются. Напряжение −5 В использовалось только интерфейсом ISA материнских плат. Для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2 использовался контакт 20 и белый провод. Это напряжение (а также контакт и провод) не является обязательным уже в версии 1.2 и полностью отсутствует в версии 1.3 и старше. Параметры блока питания ПК Напряжение −12 В необходимо лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232 с использованием микросхем без встроенного инвертора и умножителя напряжения, поэтому также часто отсутствует. Напряжения ±5, ±12, +3,3 В дежурного режима используются материнской платой. Для жестких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются только напряжения +5 В и +12 В. Современные электронные компоненты используют напряжение питания не выше +5 В. Наиболее мощные потребители энергии, такие как видеокарта, центральный процессор, северный мост, подключаются через размещенные на материнской плате или на видеокарте вторичные преобразователи с питанием от цепей +5 В и +12 В. Напряжение +12 В используется для питания наиболее мощных потребителей. Разделение питающих напряжений на12 В и 5 В целесообразно как для снижения токов по печатным проводникам плат, так и для уменьшения потерь энергии на выходных выпрямительных диодах блока питания. Напряжение +3,3 В в блоке питания формируется из напряжения +5 В, а потому существует ограничение суммарной потребляемой мощности по ±5 В и +3,3 В. Внутреннее устройство блока питания ПК Виды блоков питания ПК Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. Далее устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и прочие элементы (стабилизатор выходных параметров, защита от коротких замыканий, фильтр высокочастотных (ВЧ) помех). • Преимущества трансформаторного блока питания: • высокая надежность; • ремонтопригодность; • простота конструкции; • минимальный уровень помех или их отсутствие; • низкая цена. • Недостатки — большой вес, крупные габариты и небольшой КПД. Виды блоков питания ПК Импульсный блок питания — инверторная система, в которой происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, после чего генерируются высокочастотные импульсы, которые проходят ряд дальнейших преобразований (подробнее здесь). В устройстве с гальванической развязкой импульсы передаются к трансформатору, а при отсутствии таковой — напрямую к НЧ фильтру на выходе устройства. Благодаря формированию ВЧ сигналов, в импульсных блоках питания применяются малогабаритные трансформаторы, что позволяет уменьшить размеры и вес устройства. Для стабилизации напряжения используется отрицательная обратная связь, благодаря которой на выходе поддерживается постоянный уровень напряжения, не зависящий от величины нагрузки. Достоинства импульсного блока питания: компактность; небольшой вес; доступная цена и высокий КПД (до 98%). Виды блоков питания ПК Кроме того, следует отметить наличие дополнительных защит, обеспечивающих безопасность применения устройства. В таких БП часто предусмотрена защита от короткого замыкания (КЗ) и выхода из строя при отсутствии нагрузки. Минусы — работа большей составляющей схемы без гальванической развязки, что усложняет ремонт. Кроме того, устройство является источником помех высокой частоты и имеет ограничение на нижний предел нагрузки. Если мощность последней меньше допустимо параметра, агрегат не запустится Стандарты блоков питания ПК Стандарт АТ первым использовался в компьютерных блоках питания. Он появился на свет одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся вплоть до 1995 года. На выходе этих блоков питания было четыре постоянных напряжения +5, - 5, +12, - 12 Вольт. Но при высоких темпах развития компьютерной техники росла и суммарная мощность которая была необходима ПК. К тому же возросшая потребность в линии на +3,3 Вольт (которой не было на выходе БП АТ) сказывалась. Это напряжение приходилось брать с самой материнской платы, для чего на нее монтировался специальный стабилизатор. Блоки питания АТ были неудобными при монтаже их в системный блок, а так же не обеспечивали должного охлаждения в виду не рациональной конструкции. Как и следовало ожидать, в 95-м году прошлого века на смену устаревшему формату АТ пришел новый формат блоков питания - ATX. Стандарты блоков питания ПК В новом стандарте блоков питания ATX увеличилось число линий напряжения на выходе. Стандарту AT необходимо было напряжение в +3,3 В, соответственно такая линия и была добавлена, а также линия +5 В SB (Stand-By). Линия в +5 В SB предназначалась для расширения функционала по управлению питания компьютера. Это были такие функции как запуск компьютера по сигналу от клавиатуры, от модема или локальной сети, и для воплощения режима Suspend-to-ram. В последнем режиме при "засыпании" компьютера все временные данные находятся в оперативной памяти при выключенном ПК. Стандарты блоков питания ПК Конечно же для реализации такого режима напряжение должно подаваться все время, не зависимо выключен ПК или включен (хотя он должен быть включен в розетку). Для этого был придуман "хитрый" стабилизатор, который по сути маленький блок питания внутри основного, и работающий постоянно. В сравнении с БП AT, в которых кнопка вкл/откл фактически убирала с него напряжение 220 Вольт, то в новом формате по нажатию кнопки идет команда на остановку ШИМконтроллера основного стабилизатора. А в блоке питания продолжает работать стабилизатор +5 В Stand-By для обеспечения быстрого "пробуждения" компьютера. Стандарты блоков питания ПК Переход на новые блоки питания стандарта ATX 12V (ATX 2.03) был обусловлен появлением в 2000 году нового мощного процессора Intel Pentium 4. Как известно, до него стабилизатор процессора питался от шины +5 Вольт. Минусов у этого много: и возможный перегрев контактов при неплотном соединении, и сложность монтажа большого разъема на материнской плате и т.д. Было найдено решение этой проблемы: произошел переход на запитку стабилизатора центрального процессора от шины + 12 Вольт. Из законов физики нам известно, что при увеличении напряжения в 2,4 раза, ток уменьшится во столько же, при одинаковой потребляемой мощности, а так же увеличится коэффициент полезного действия стабилизатора. Стандарты блоков питания ПК В питающем разъеме стандарта ATX был всего один проводок для напряжения +12 Вольт. Что конечно же было мало при увеличении числа потребителей этого напряжения и увеличении силы проходящего тока (это могло привести к подгоранию контактов от перегрева). Решение этой проблемы пришло в виде нового, отдельного четырех контактного разъема дополнительного питания материнской платы. Этот разъем имел два дополнительных провода питания + 12 В и так как был компактным мог размещаться рядом с стабилизатором питания центрального процессора, чему разработчики материнских плат были конечно рады. Кроме введения нового разъема в стандарте ATX 12V произошло ужесточение требований к характеристикам блоков питания, а именно была установлена нижняя граница макс. тока по шине +12 Вольт (10 Ампер). Стандарты блоков питания ПК Внешний вид новых блоков питания не отличался от выпускаемых ранее, разве что только наличием нового дополнительного разъема питания материнки. И сразу же на рынке появились переходники разных видов для обеспечения возможности подключения старых блоков питания к материнских платам сделанным уже по новому стандарту питания - ATX12V. Для компьютеров с сравнительно не большой потребляемой мощностью использование таких переходников было оправдано, а использование их в системах с большим энергопотреблением было чревато. Стандарт ATX12V 1 - очередное изменение стандарта 12V которое сделало необязательным присутствие на выходе блока питания напряжения - 5 Вольт. Это напряжение использовалось для запитки устаревшей уже на тот момент шины ISA и больше ни чего другого не питало. Соответственно новые блоки питания выпускались уже без наличия этого вывода. Стандарты блоков питания ПК Стандарт ATX v 1.x (20-контактный)- Блок питания стандарта ATX в настоящее время имеет несколько разъёмов, подключаемых к материнской плате. Основной разъём содержит 20 контактов, расположенных в 2 ряда. Стандарт ATX12V 2.0 (24-контактный). Считается, что стандарт создан для поддержки материнских плат с шиной PCI Express. Стандарт серверных блоков питания SSI EPS12V v2.91 описывает блоки питания от 550W до 800W, последний v2.92 - от 550W до 950W. Разъемы блока питания ПК 24-контактный ATX-разъем, у которого последние 4 контакта могут быть съемными для обеспечения совместимости с 20-контактным гнездом на системной плате Основной 20-контактный АТХ-разъем для материнской платы: а – вид на плату; б – вид на проводники разъема Разъемы блока питания ПК 24-контактный АТХ-разъем для материнской платы (а), дополнительное питание для материнской платы (б) Разъемы блока питания ПК Вилки шлейфов питания (из блока питания) без переходников и адаптеров: 1 – AMP 171822-4 для питания 5 и 12 В периферийного устройства; 2 – Molex 8981; 3 – 5-контактные разъемы Molex 88751 для питания устройства с интерфейсом SATA; 4 – PCIe8 connector для питания видеокарты; 5 – PCIe6 connector для питания видеокарты; 6 – EPS12V для питания материнской платы; 7 – ATX PS 12V для питания материнской платы; 8 – ATX12V для основного питания материнской платы Источник бесперебойного питания (ИБП) ИБП – это вторичный источник электропитания, предназначенный для электропитания при кратковременном отключении основного источника электропитания, а также для защиты от существующих помех в сети с сохранением допустимых параметров для сети основного источника. Многие ИБП оснащаются модулем, который способен передавать компьютеру информацию о своем состоянии (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) и о состоянии питания на входе (напряжение, частоту). Источник бесперебойного питания (ИБП) При возникновении проблемы в электросети, ИБП подаёт световой сигнал с помощью светодиодов или звуковых сигналов, после чего пользователь может сохранить информацию на жестком диске (или ином носителе) и выключить компьютер. Кроме того, применяются специальные административные программы мониторинга ИБП. При этом компьютер и ИБП соединяются информационным кабелем. Произошедшее в сети событие фиксируется, и сведения о нём могут быть отправлены администратору сети по электронной почте. Программа мониторинга может самостоятельно закрыть все приложения и выполнить выключение компьютера. Источник бесперебойного питания (ИБП) При более длительных отключениях сети электропитания применяется резервный генератор. Для принятия решения о его запуске, собственно запуска и выхода в рабочий режим, требуется несколько минут. Работу защищаемого оборудования в этот интервал обеспечивает ИБП. Во время отсутствия сетевого напряжения оборудование питается от аккумуляторной батареи. От ее емкости зависит продолжительность автономной работы нагрузки. Другая часть ИБП - электроника, управляющая процессом зарядки батареи, переключением при аварии сети на питание от нее, и инвертор. преобразующий постоянный ток от батареи в переменный, потребляемый нагрузкой. Типы ИБП Интерактивные ИБП фильтруют поступающее на них сетевое напряжение. Когда входное напряжение изменяется, ИБП компенсирует (уменьшает) или усиливает (увеличивает) сигнал, обеспечивая необходимое на выходе напряжение. При полном отказе электросети такой ИБП переключается на режим питания от батарей. При этом время переключения составляет около 8 наносекунд, что не будет замечено компьютером. Типы ИБП Постоянно действующие ИБП пропускают всю поступающую электроэнергию через свою батарею и ничего не делают, пока напряжение входной электросети не упадет ниже определенного порога. В этот момент ИБП переключается в режим питания от батарей. Поступающая из электросети энергия служит главным образом для зарядки батарей. Перебои электроснабжения не приводят к перерывам, вызванным переключением режимов, так как ИБП осуществляют питание оборудования от своих батарей. Такие ИБП обычно стоят дороже интерактивных.
