Общий вид персональных компьютеров общая схема персональных компьютеров

Обновлено: 01.07.2024

Сборку нового или модернизацию старого компьютера особо ярые технофобы поручают кому-то другому. Зачастую, люди просто доплачивают мастеру или консультанту в магазине за подбор подходящих комплектующих и непосредственную их установку в корпус своего железного коня. Такой подход оправдан при дорогостоящей сборке. Однако, в тех ситуациях, когда компьютер необходим для конкретных задач, а желания переплачивать нет, приходят мысли о самостоятельном выборе компонентов, а также о самостоятельной сборке ПК. Именно этим мы займемся в цикле, посвященном теоретической и практической сборке компьютера.

Постепенное изучение вопроса сборки стоит начать с пары уроков теории. Данный урок первый и самый главный, ведь он посвящен комплектующим компьютера. Их немного, но каждый элемент играет важнейшую роль в работе компьютера. Давайте кратко опишем значение и внешний вид каждого устройства, из которых состоит компьютер. В дальнейшем это поможет иметь четкое представление, о чем конкретно идет речь. Повествование будет вестись простым языком без технических подробностей, т.к. материал рассчитан в первую очередь на новичков в этом деле. Позже более подробно о выборе комплектующих поговорим отдельно.

Жесткий диск или SSD-накопитель

Начнем с более простого и понятного. Любые файлы и данные нужно где-то хранить. Вместилищем электронной информации как раз выступает жесткий диск (HDD) или SSD-накопитель. Отличием является принцип работы и цена. Полностью электронные SSD все еще несколько дороже устаревающего HDD с механическими элементами, но намного быстрее и надежнее.

Комплектующие для хранения данных это продолговатые прямоугольные устройства, которые располагаются обособлено от остальных элементов компьютера. Жесткие диски, как правило можно найти двух типов: стандартный 3.5-дюймовый и ноутбучный 2.5-дюймовый формат. SSD-накопители выпускаются только 2.5-дюймового формата, т.к. размер не влияет на скорость их работы.

Центральный процессор

Прародитель современного компьютера, электронно-вычислительная машина (ЭВМ) был создан для произведения математических вычислений. Он занимал огромные помещения и выполнял функцию калькулятора. Сегодня за все производимые компьютером вычислительные операции отвечает небольшой процессор с гладкой крышкой и сотнями мелких контактов на основании. Этот малыш производит миллионы операций в секунду. Процессор - это важнейший элемент компьютера, но далеко не всегда.

Система охлаждения (СО) процессора

Это нельзя отнести в полной мере к комплектующим элементам, но вы не должны думать, что процессор может работать без охлаждения. Система охлаждения может быть воздушной и жидкостной. Жидкостная более дорогая, но эффективная. Она используется для дорогих мощных процессоров. Чаще всего хватает стандартного воздушного кулера с радиатором из комплекта, но дело в том, что не ко всем процессорам в комплекте поставляется охлаждение.

Оперативная память (ОЗУ)

Мы знаем зачем в компьютере или телефоне память. Там хранятся наши фотографии, игры и прочие файлы. Но зачем компьютеру оперативная память? Все просто. Оперативная память представляет собой маленький чип, ряд из таких чипов распаян на маленькой прямоугольной плате. Оперативная память обладает в десятки и сотни раз большей скоростью обработки данных, нежели стандартная память, где мы храним наши файлы.

Центральный процессор во время вычислений берет свои данные именно из оперативной памяти. В объеме ОЗУ находятся все запущенные в данный момент времени службы и приложения на компьютере. Если свободное место в оперативной памяти закончится, компьютер будет использовать медленную память и его работа существенно замедлится.

Видеокарта

Видеокарта, как правило, самый дорогой комплектующий элемент компьютера. При этом видеокарта может быть не нужна совсем. За всю обработку графики, воспроизведение видео, а также банальный вывод изображения на монитор отвечает видеоадаптер. Современные процессоры могут обладать специальным видео ядром, их небольшой производительности хватает для вывода изображения на монитор и просмотра видео.

Отдельная (дискретная) видеокарта требуется для увеличения производительности графики. Как правило, она имеет пластиковый кожух с одним, двумя или тремя вентиляторами, которые обдувают массивный радиатор. Сама же видеокарта - это тонкий двухсторонний текстолит с плотно расположенными электронными компонентами. Она имеет собственный процессор и память, которые имеют в разы большую производительность, чем центральный процессор и оперативная память компьютера, но только в областях, связанных с графикой.

Материнская плата

Исходя из названия, можно предугадать назначение данного элемента. Материнская плата служит для объединения всех комплектующих между собой и согласования их работы. На материнской плате находится множество разъемов для подключения основных и вспомогательных устройств. В уже собранном компьютере торец материнской платы виден на задней поверхности системного блока. Он содержит блок разъемов для подключения различной периферии, такой как мышь, клавиатура, акустические устройства, принтер, монитор и т.д.

Также материнская плата содержит на своем борту множество чипов, благодаря которым отпадает необходимость в установке дополнительных устройств, например, звуковой карты, контроллера данных или сетевого адаптера. Дорогие версии имеют модуль Wi-fi и Bluetooth. Не так давно материнские платы оснащались встроенной графикой, которая сейчас перешла на процессоры.

Блок питания (БП)

Блок питания – пожалуй, самый незаметный, но катастрофически важный элемент в любом компьютере. Блок питания обеспечивает работоспособность всех компонентов, подавая на них нужное напряжение. Мощности блока питания должно с запасом хватать, чтобы запитать процессор, видеокарту и прочие устройства.

БП представляет собой металлический каркас, внутри которого располагается различная электроника. Задняя стенка корпуса перфорирована и служит для вывода горячего воздуха от электрических элементов. Циркуляцию воздушных потоков, отводящих тепло, обеспечивает вентилятор, расположенный внизу.

Корпус

Корпус из металла и пластика служит вместилищем для всех компонентов компьютера. Он должен одновременно выполнять ряд задач:

Защита от механических повреждений и вибраций;
Высокий уровень вентиляции;
Удобное расположение кнопок и разъемов;
Дизайн.

Современные корпуса играют большую роль при покупке компьютера, т.к. именно он будет стоять на виду очень долгое время. При покупке стоит обратить внимание на количество мест для установки вентиляторов и их расположение. В хорошем корпусе вентиляторы устанавливаются не только на передней и задней панели, но также сверху, снизу и даже сбоку. Обдув очень важен, т.к. все комплектующие значительно греются во время работы.

Персональный компьютер (ПК) в своём минимально необходимом составе согласно этой схеме включает:

центральная часть располагается в системном блоке; располагается на носителях – дисках и приводится в действие специальными приводами – дисководами;
в единую конфигурацию все части ПК соединены с помощью устройств сопряжения.

В основе строения ПК лежат два важных принципа: магистрально-модульный принцип и принцип открытой архитектуры. Согласно первому все части и устройства изготавливаются в виде отдельных блоков, информация между которыми передаётся по комплекту соединений, объединённых в магистраль. При этом общую схему ПК можно представить в следующем виде:

Второй принцип построения ПК – открытая архитектура – предполагает возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей, доступную всем желающим (подобно детскому конструктору).

Архитектура компьютера - это описание его организации и принципов функционирования его структурных элементов. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними.
Обычно, описывая архитектуру ЭВМ, особое внимание уделяют тем принципам ее организации, которые характерны для большинства машин, относящихся к описываемому семейству, а также оказывающие влияние на возможности программирования.
Поскольку от архитектуры компьютера зависят возможности программирования на нем, поэтому при описании архитектуры ЭВМ уделяют внимание описанию команд и памяти.

В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины подразделяют на два основных класса: аналоговые и цифровые.

Аналоговый компьютер – это вычислительная машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. При этом в качестве физических переменных выступают сила тока электрической цепи, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела и т.п. Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, аналоговые вычислительные машины позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные другие процессы.

Цифровой компьютер – это вычислительная машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на цифровых вычислительных машинах различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому если аналоговые вычислительные машины обычно предназначены для решения определенного класса задач, т.е. являются специализированными, то цифровой компьютер, как правило, универсальное вычислительное средство. Наибольшее распространение получили электронные вычислительные машины, выполненные с использованием новейших достижений электроники.

Центральный процессор (ЦП) представляет собой сложную микросхему с миллионами транзисторов и множеством контактов занимающуюся обработкой машинного кода компьютерных программ. Центральное процессорное устройство (ЦПУ или CPU) является мозгом всей компьютерной системы, производя арифметические и логические операции с данными, поэтому на жаргоне его часто называют «проц» или «мозг».

Поэтому от производительности центрального процессора в первую очередь зависит скорость работы всего компьютера. Его выбору стоит уделить пристальное внимание особенно если планируется использовать требовательное к ресурсам программное обеспечение. В настольных компьютерах процессор является легкосъемным и может быть заменен на другой, поддерживаемый материнской платой, в случае апгрейда системы или выхода его из строя.

Среди основных характеристик центрального процессора стоит отметить следующие:

Архитектура (микроархитектура) — принципы внутреннего устройства ЦПУ определяющие количество, характеристики, расположение его внутренних элементов. Определенная архитектура используется в целом семействе процессоров, однако внутри семейства обычно есть несколько подгрупп архитектур отличающиеся какими-нибудь характеристиками от остальных. Эти подгруппы принято называть ядрами. Поскольку процесс не стоит на месте и в ядра вносят различные изменения, направленные на повышение эффективности или исправление ошибок, то чтобы отличить разные версии друг от друга ввели понятие ревизии ядра или степпинг. На примере процессора Intel это выглядит так: микроархитектура Nehalem ядро Bloomfield модель Intel Core i7-920 степпинг SLBEJ (D0).

Техпроцесс — технологический процесс, используемый при производстве процессора. Определяет размеры получающихся транзисторов составляющих центральный процессор. Единицей измерения является нанометр (нм). Чем меньше размеры транзисторов, тем меньше размеры всего ЦПУ, меньше тепловыделение и выше может быть частота. Скоро производители упрутся в физические пределы уменьшения, и тогда придется переходить на принципиально новые типы процессоров.

Тактовая частота — если по простому, то количество операций в единицу времени, которое может выполнить процессор. Непосредственно влияет на производительность CPU следовательно, чем выше частота быстрее работает центральный процессор. Напрямую сравнивать частоту можно только внутри одного ядра, так как на производительность влияет множество других факторов.

Сокет — разъем на материнской плате компьютера предназначенный для установки центрального процессора. Подходит только для строго определенного типа процессоров и характеризуется количеством контактов и производителем CPU. Так же физически не позволяет установить процессор неподходящего типа. Сокет является ограничивающим фактором при апгрейде процессора.

Количество ядер — центральный процессор может содержать в себе несколько ядер в одном корпусе, тогда его называют многоядерным. Ядром ЦПУ является главная часть, определяющая основные характеристики процессора и занимающаяся непосредственно вычислениями. Наличие нескольких ядер облегчает выполнение нескольких параллельных задач одновременно, так же при должной оптимизации компьютерной программы значительно увеличивает скорость работы в ней. Например, современные игры, обработка видео, архивирование, 3D-моделирование и многие другие положительно отзываются на наличие нескольких ядер. Так же существуют технологии создания нескольких виртуальных ядер из одного физического. Однако надо понимать, что увеличение количества ядер не приводит к пропорциональному росту производительности процессора, а на некоторых задачах возможно даже ухудшение по сравнению с одноядерным вариантом. Все зависит от возможности выполнять данную задачу несколькими параллельными потоками и насколько грамотно это реализовано в конкретном программном обеспечении. Многоядерность является наиболее перспективным путем повышения производительности на сегодняшний день.

Кэш — высокоскоростная память, интегрированная прямо в центральный процессор. Служит буфером между оперативной памятью компьютера и собственно вычислительным блоком процессора. Обеспечивает увеличение производительности за счет гораздо более высокой скорости работы. Кэш бывает трех уровней: L1, L2, L3. Чем больше объем кэша, тем быстрее работает ЦП при прочих равных условиях.

Тепловыделение — количество теплоты, выделяемое при работе центральным процессором. Это тепло необходимо отводить с помощью системы охлаждения центрального процессора для поддержания его температуры в оптимальном диапазоне. Важный параметр, так как если система охлаждения будет не справляться, то процессор будет перегреваться вплоть до принудительного выключения компьютера. Особенно актуально при разгоне и в маленьких корпусах.

Основными производителями центральных процессоров для персональных компьютеров являются компании Intel и AMD. Процессоры этих компаний не взаимозаменяемые. В случае апгрейда компьютера, выбирать новый процессор нужно исходя из поддерживаемых данной материнской платой компьютера.

По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) — это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Совокупность аппаратных средств компьютера называют его аппаратной конфигурацией.

Видео YouTube

Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых - сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.

Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.

Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

устройства ввода информации

устройства обработки информации

устройства вывода информации.

Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств

Базовая аппаратная конфигурация ПК. Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.

Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:

Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер.

Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.
Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Мышь — устройство «графического» управления.

Внутренние устройства персонального компьютера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей, например гибких магнитных дисков. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку — они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен — для обычной работы он не требуется.

Процессор. Микропроцессор — основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора — тактовая частота (измеряется в мегагерцах, МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Так, например, при тактовой частоте 500 МГц процессор может за одну секунду изменить свое
состояние 500 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций.

Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения», — оперативная память — с нею он работает совместно. Оттуда поступают данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора (они называются регистрами), а потом преобразуются в соответствии с содержанием команд. Более полную картину того, как процессор взаимодействует с оперативной памятью, вы получите в главах, посвященных основам программирования.

Оперативная память. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Объем оперативной памяти измеряется в миллионах байтов — мегабайтах (Мбайт).

Процессор может обратиться к любой ячейке оперативной памяти (байту), поскольку она имеет неповторимый числовой адрес. Обратиться к индивидуальному биту оперативной памяти процессор не может, так как у бита нет адреса. В то же время, процессор может изменить состояние любого бита, но для этого требуется несколько действий.

Материнская плата. Материнская плата — это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, — так называемые шины. Различают шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем — так называемый чипсет.

Видеоадаптер. Видеоадаптер — внутреннее устройство, устанавливаемое в один из разъемов материнской платы. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором.

По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.

В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.

Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).

Жесткий диск. Поскольку оперативная память компьютера очищается при отключении питания, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. В настоящее время для этих целей широко применяют так называемые жесткие диски.
Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.

Основным параметром жесткого диска является емкость, измеряемая в гигабайтах (миллиардах байтов), Гбайт. Средний размер современного жесткого диска составляет 80 — 160 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.

Дисковод гибких дисков. Для транспортировки данных между удаленными компьютерами используют так называемые гибкие диски. Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость 1,44 Мбайт. По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных, но низкая стоимость носителей и высокая степень готовности к работе сделали гибкие диски самыми распространенными носителями данных.

Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство — дисковод. Приемное отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.

Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее записанные данные — производить запись на них нельзя. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.

Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM— скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х - 52х.
Основной недостаток дисководов CD-ROM — невозможность записи дисков — преодолен в современных устройствах однократной записи — CD-R. Существуют также устройства CD-RW, позволяющие осуществлять многократную запись.

Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический.

Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.

Сетевой адаптер. Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и можно подавать новые. Так осуществляется передача.

Когда сетевой адаптер «узнает» от соседнего адаптера, что у того есть порция данных, он копирует их к себе, а потом проверяет, ему ли они адресованы. Если да, он передает их процессору. Если нет, он выставляет их на выходной порт, откуда их заберет сетевой адаптер очередного соседнего компьютера. Так данные перемещаются между компьютерами до тех пор, пока не попадут к адресату.

Читайте также: