Unetway
Самые важные части аппаратного обеспечения компьютера

Самые важные части аппаратного обеспечения компьютера

В этой статье кратко описаны самые важные части железа компьютера, то есть, аппаратное обеспечение компьютера.

Системный блок

Системный блок - это корпус компьютера, внешняя оболочка защищающая внутренние компоненты от любого внешнего воздействия и механических повреждений. Системный блок обеспечивает нужную температуру и экранирует электромагнитное излучения внутренних компонентов.

Есть несколько типов системных блоков:

  •  Super Tower
  •  Midi Tower
  •  Micro ATX
  •  Desktop
  •  Tiny Tower
  •  Flex ATX
  •  Mini ITX

Блок питания - является источником электропитания всех частей компьютера и его главная задача - преобразование переменного напряжения сети, обычно это стандартные 220B в вашей розетке, в постоянное напряжение питания всех компонентов компьютера. Чтобы блок питания не нагревался и не сломался от большого температурного режима, в нем встроен вентилятор для охлаждения.

Источник бесперебойного питания - простая аккумуляторная батарея, которая осуществляет бесперебойное кратковременное снабжение электричеством компьютера и всех его частей. Это необходимо, чтобы корректно завершить работу и сохранение данных если вдруг резко отключится электричество.

Материнская плата - пожалуй, самый основной и главный компонент компьютера. Именно к ней подключаются все остальные компоненты и внешние устройства.

Шина - линии и проводники на материнской плате, по которым компоненты и устройства компьютера обмениваются информацией.

Линии шины делятся на 3 группы по типу передаваемых данных:

  1. Линии данных - шина данных
  2. Линии адреса - шина адреса
  3. Линии управления - шина управления

По функциональному назначению шины делятся:

  • Системная шина (шина CPU) - ее используют микросхемы чипсет для передачи данных к процессору и от него
  • Шина кэш-памяти - используется для обмена данными между процессором и кэш-памятью
  • Шина памяти - используется для обмена данными между оперативной памятью  процессором
  • Шины ввода и вывода - стандартные и локальные, связывают устройства через порты

Небольшая дополнительная информация о шине:

  • Порта - шина, связывающая устройства между собой.
  • Разрядность - характеристика, определяемая количество данных параллельно проходящих через шину
  • Пропускная способность - характеристика, определяемая количеством бит данных, передаваемых по шине за секунду.
  • Шина ISA - 8 или 16-разрядная шина ввода и вывода для подключения плат расширения
  • Шина VLB - 32-разрядная шина для обмена видеоданными
  • Шина PCI - шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств  к материнской плате
  • Шина AGP - 32-разрядная высокоскоростная шина для видеокарты и ускорения ввода-вывода данных на видеоадаптер.
  • Шина PCI Express - шина с программной моделью шины PCI и высокопроизводительным физическим протоколом для последовательной передачи данных
  • Шина USB - шина для подключения периферийных устройств снаружи корпуса компьютера.
  • Шины SCSI и SAS - шины на рабочих станциях и высокопроизводительных серверах
  • Шина IEEE 1394 - высокоскоростная локальная последовательная шина для обмена данными между компьютером и остальными устройствами

Связь с внешними периферийными устройствами происходит через последовательные и параллельные порты.

Параллельная передача данных - происходит через параллельный порт LTP. Все 8 бит пересылаются одновременно, а не один за другим. Вся передача данных происходит только в одном направлении - однонаправленная передача. Например, через LTP порты к компьютеру подключаются принтеры.

Порт EPP - производит двунаправленную передачу данных, в обоих направлениях.

Порт ECP - производит передачу данных с большой скоростью, с помощью сжатия данных

Последовательная передача данных - происходит через последовательный порт COM. Данные передаются побитно - отдельные биты пересылаются последовательно друг за другом, при этом можно обмениваться данными в двух направлениях.

Для нормальной работы компьютера и подключенных к нему периферийных устройств необходимо разделять все системные ресурсы:

  • Линии запросов на прерывание (IRQ)
  • Каналы прямого доступа к памяти (DMA)
  • Базовые адреса портов ввода и вывода

Система прерываний - приостанавливает текущие действия компьютера и переключается на другие в ответ на поступившие действия.

Передача данных в режиме прямого доступа к памяти - необходима при обмене данными между оперативной памятью и высокоскоростными устройствами.

Порты ввода и вывода - связывают компьютер с периферийными устройствами для их обмена данными между процессором.

Центральный процессор - блок или интегральная схема выполняющая машинные инструкции.

В процессор входят основные компоненты:

  • арифметико-логическое устройство
  • блок управления
  • блок памяти
  • устройство ввода и вывода

Вся работа процесса строится по следующему принципу. По системной шине на вход процессора поступают сигналы - логические 0 и 1. Такие сигналы декодирются на основе набора инстркций встроенных в процессор и управляют его работой. На выходе процессора поступают результаты работы в виде таких же логических 0 и 1. Сами значения этих сигналов определяются напряжением на линиях шины - 1,5 вольт это 1, а 0 вольт - это 0.

Сокет для процессора - специальный разъем на материнской плате, в который устанавливается процессор компьютера. Сверху процессора устанавливается радиатор с вентилятором, чтобы охлаждать нагревающийся процессор.

Компонентами процессора являются:

  • Ядро - выполняет команды
  • Модуль предсказания перехода - определяет изменение последовательности выполнения команд после перехода, чтобы переслать эти команды в декодер команд
  • Сопроцессор - выполняет операции с нецелыми числами
  • Кэш-память первого уровня - дает доступ к данным быстрей, чем к внешней кэш-памяти второго уровня. У процессора есть два модуля кэш-памяти по 8 Кбайт каждый: первый для команд, второй для данных.
  • Интерфейсный модуль системной шины - команды и данные которые поступают по системной шине разделяются на 2 потока.

Исполнение команд в процессоре происходит конвейерной обработкой - разбиваясь на несколько ступеней, где каждой ступени соответствует свой модуль в процессоре. По тактовому импульсу команды в драйвере переходят на следующую ступень и затем после того как команда покидает конвейер, туда поступает новая команда.

Основные характеристики процессора

  • Ступень интеграции
  • Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных
  • Тактовая частота
  • Количество инструкций, выполняемых за один такт
  • Память, к которой может адресоваться процессор
  • Объем встроенной кэш-памяти
  • Количество уровней кэш-памяти

Степень интеграции - определяет сколько транзисторов может в ней уместиться

Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных определяет количество бит которое процессор может обработать одновременно - 16, 32 или 64 бита.

Тактовая частота - максимальное количество операций процессора в секунду

Адресация - ссылка к устройству или элементу данных по его адресу

Реальный режим работы процессора - адресовывает не более 1 Мбайт памяти

Защищенный режим работы процессора - адресовывает до 16 Мбайт физической и до 1 Гбайт виртуальной памяти

Оперативная память - временная память, в которой данные храняться только когда компьютер работает. После завершения работы компьютера - все данные из оперативной памяти исчезают.

Ячейки памяти в оперативной памяти состоят из матрицы со строками и столбцами. Адрес ячейки включает в себя адрес строки и адрес столбца.

Основные характеристики микросхем памяти:

  • Тип
  • Емкость
  • Разрядность
  • Быстродействие
  • Временная диаграмма

Таблица векторов прерываний - содержит 256 элементов по 4 байта и хранит в себе векторы прерываний, являющихся адресами сервисных программы в составе операционной системы и базовой системы ввода-вывода BIOS.

Область данных BIOS - содержит счетчик таймера, буфер клавиатуры и другие внутренние данные.

Область для операционной системы - содержит программы и данные

UMA - аппаратная часть оперативной памяти, располагается после первых 640 Кбайт. В ней размещается видео-память и ROM BIOS, также могут быть модули постоянной и оперативной памяти подключенные к компьютеру.

EMS - метода использующий свободную память в UMA.

HMA - первый блок в 64 Кбайт выше границы 1 Мбайт оперативной памяти

XMS - вся память выше границы 1 Мбайт, включая HMA

Виртуальная память - процесс создания на жестком диска компьютера файла в несколько десятков мегабайт размером для расширения оперативной памяти. Это необходимо, когда объема установленных модулей памяти на материнской плате не хватает.

Нужный объем оперативной памяти определяется:

  • Разрядностью адресной шины процессора
  • Возможностями чипсета
  • Количеством разъемов для установки оперативной памяти на материнской плате

Кэш-память - сверхбыстрая память, является промежуточным буфером с быстрым доступом, содержит данные, которые могут получаться с большей вероятностью.

Чипсет - микросхемы, установленные на материнской плате для обмена данными между процессором, оперативной памятью и другими устройствами, подключенными к шинам. В чипсете могут быть разное количество микросхем от 1 до 2.  Базовые микросхемы чипсета - южный мост и северный мост. Названия даны от местоположения микросхем на блок-схемах: верх - север, низ - юг.

Северный мост - отвечает за обмен данными между процессором и скоростными устройствами - памятью и шинами PCI Express или AGP.

Южный мост - отвечает за работу с низкоскоростными интерфейсами.

ROM BIOS - базовая система ввода-вывода, представляет набор микропрограмм для работы с аппаратным обеспечением компьютера и подключенными устройствами.

Функции BIOS:

  • Предоставление операционной системе драйверы устройств, которые находятся на материнской плате, осуществление сопряжения между материнской платой и другими компонентами компьютера
  • Предоставление текстовой программы проверки системы POST, которая во время включения компьютера проверяет важные компоненты компьютера
  • Программа CMOS Setup для установки параметров BIOS и аппаратной конфигурации компьютера
  • Программа начальной загрузки Bootstrap, запускающаяся после успешного завершения программы POST

CMOS RAM - область памяти (100 - 129 байт), в контроллере периферийных устройств в южном мосте чипсета, где записываются значения конфигурации настроек BIOS.

Чтобы записанные значения не были потеряны, контроллер обеспечивается питанием  от аккумулятора. Поэтому данные о конфигурации компьютера находятся в памяти,даже во время долгого не выключения компьютера.

BIOS представляет собой графический интерфейс с меню и различными опциями:

  • Standard CMOS Features - содержит стандартные настройки аппаратных средств и установку системной даты и времени
  • Advanced BIOS Features – установка стартовой конфигурации компьютера и параметров BIOS
  • Advanced Chipset Features – содержит настройки параметров чипсета
  • Integrated Peripherals – настройки параметров периферийных устройств
  • Power Management Setup – настройки параметров энергосбережения
  • PnP/PCI Configurations – настройки конфигурации шины PCI.
  • Load Fail-Safe Default и Load Optimized Defaults – восстановление настроек BIOS
  • Set Password – установка пароля на BIOS
  • Save & Exit Setup – запись в CMOS новой конфигурации к перезагрузке компьютера
  • Exit Without Saving – не вносить какие-либо изменения в конфигурацию компьютера
  • SoftMenu III Setup – выставление параметров процессора без использования джамперов
  • PC Health Status – мониторинг температуры узлов компьютера

Хранение данных

Дисковод - носитель данных, которые записываются путем изменения намагниченности магнитного покрытия диска в направлении север-юг и юг-север, создавая логические состояния 1 или 0.

Для записи и чтения данных диск разбивается на специальные участки - дорожки и секторы, путем форматирования.

При логическом разбиении диски разделяются на системную область и область хранения данных.

В системной области размещаются:

  • Загрузочная запись диска
  • Таблицы размещения файлов
  • Корневой каталог файлов

В области данных размещаются различные файлы.

Фрагментированный диск - диск, на котором значительное число файлов размещено по поверхности отдельными фрагментами.

Жесткий диск - устройство для хранения данных, на которое данные записываются и считываются специальными головками. При записи на головку подается положительный сигнал, а затем отрицательный. При чтении головка регистрирует моменты изменения полярности магнитных полей и выдает импульсы, соответствующие моменту изменения полярности, после чего импульсы декодируются в последовательность двоичных данных и при записи цифровые данные преобразуются в электрические сигналы.

Характеристики жестких дисков:

  • Емкость
  • Время безотказной работы
  • Быстродействие

Кэш-память жесткого диска - физические ячейки памяти в контроллере диска. Диски делятся на дорожки и секторы. Каждая дорожка отмечена номером головки и порядковым номером на диске относительно внешнего края. Секторы нумеруются своим порядковым номером относительно начала дорожки и начинается с 1, а головки и цилиндры - с 0.

Чтобы операционная систем видела диск и загружалась с него, проводятся следующие операции:

  • Форматирование диска на низком уровне или физическое форматирование
  • Разбиение диска на разделы
  • Форматирование диска на высоком уровне, форматирование разделов
  • Копирование операционной системы на диск, делая дис загрузочным

Компакт-диск (CD-ROM) - оптический носитель данных в виде пластикового диска с отверстием в середине. Запись и чтение производится с помощью лазера.

Плюсы и минусы CD-ROM:

  • компакт-диски надежней в транспортировке
  • компакт-диск имеет большую емкость
  • компакт-диск почти не изнашивается
  • низкая скорость доступа к данным

Основные характеристики CD-ROM:

  • Скорость передачи данных.
  • Среднее время доступа.
  • Объем буферной памяти.
  • Коэффициент ошибок.
  • Средняя наработка на отказ.
  • Тип интерфейса.
  • Перечень поддерживаемых форматов CD.
  • Параметры трактов воспроизведения.
  • Конструкция привода.
  • Комплект поставки программного обеспечения

Мониторы

Монитор - устройство отображение данных в виде текста и графики.

Мониторы можно разделить на:

  • Мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)
  • Мониторы на основе жидких кристаллов (жидкокристаллические) или LCD-мониторы (Liquid Crystal Display).

Пиксели - дискретные точки люминофор, представляющие собой элемент изображения на экране монитора.

Мониторы на основе ЭЛТ разделяются на:

  • Аналоговые - мониторы с аналоговым сигналом данных, с параметрами в виде функции времени и непрерывным множеством возможных значений
  • Цифровые - мониторы с цифровым сигналом данных, в виде последовательных цифровых значений

Видеоадаптер - устройство, преобразующее данные, хранящиеся на компьютере, в графическое отображение на экране монитора.

Характиристики видеоадаптера:

  • Максимальное разрешение и частоты разверток
  • Максимальное количество оттенков цветов
  • Скорость обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и компьютера

Элементы видеокарты:

  • Видеопамять для хранения цифрового изображения
  • Набор микросхем для обработки цифрового изображения и преобразования его в видеосигнал
  • Схемы интерфейса с шиной ввода-вывода
  • ROM Video BIOS для управления видеосистемой
  • Цифроаналоговый преобразователь, для преобразования цифровых данных из видеопамяти, в видеосигнал

Звуковая карта - аппаратное обеспечение компьютера для обработки звука. В звуковую карту входит:

  • Запись и воспроизведение звука
  • Синтезатор
  • Интерфейсы
  • Микшер
  • Акустическая система

MIDI - цифровой интерфейс музыкальных инструментов

Клавиатура и мышь

Клавиатура - устройство ввода данных в компьютер. Скан-код является однобайтовым числом, идентификационным номером, которые присваиваются клавишам.

При нажатии на клавишу специальный сигнал регистрируется контроллером клавиатуры и передается в виде скан-кода в материнскую плату. Затем он поступает в контроллер интерфейса клавиатуры, где инициализируется аппаратное прерывание IRQ. Процессор выполняет процедуру анализирующую скан-код.  Прерывание выполняется специальной программой в составе BIOS. Скан-код переводится в кодм символа и помещается в буфер клавиатуры.

Мышь - устройство ввода данных, управления курсором на экране монитора для подачи команд.

Сканер

Сканер - устройство для  ввода данных и создания з них цифрового изображения.

Способ формирования изображения:

  • Линейный (типовые).
  • Матричный (игольчатые).
  • Принтеры ударного типа.
  • Принтеры безударного типа.
  • Струйные принтеры.
  • Графопостроители (фломастерные или каплеструйные).
  • Лазерные принтеры (разновидность светодиодные принтеры).
  • Термопринтеры.
  • Твёрдочернильные принтеры.
  • Сублимационные принтеры.
  • 3D-принтеры.
  • Фотонные принтеры.

Кинематический механизм:

  • Ручной.
  • Настольный.
  • Комбинированный.

Тип сканируемого изображения:

  • Черно-белый.
  • Полутоновый.
  • Цветной.

Прозрачность оригинала:

  • Отражающий.
  • Прозрачный.

Аппаратный интерфейс:

  • Специализированный.
  • Стандартный.

Программный интерфейс:

  • Специализированный.
  • TW AIN-совместимый.

Компьютерная сеть

Локальная сеть - объединение нескольких компьютеров с помощью аппаратного и программного обеспечения.

MAN (Metropolitan Area Network) - сеть объединенных компьютеров в пределах города.

WAN (Wide Area Network) – сеть соединяющая компьютеры несколько стран.

GAN (Global Area Network) – сеть, соединяющая компьютеры на разных континентах.

PC-PC (псевдосеть) – соединение двух компьютеров через последовательный интерфейс с помощью простого кабеля, называемого кабелем нуль-модема.

Одноранговая сеть – не имеет центрального компьютера и работает без резервирования файлов.

Сеть типа клиент-сервер – мощный компьютер, сервер или файловый сервер, соединенный с отдельными рабочими станциями

Топология звезда – сеть компьютеров объединённых в звезду.

Плюсы

  • Повреждение кабеля для одного компьютера не сказываются на работе всей сети.
  • Простое подключение, соединение компьютера только с сервером
  • Безопасная защита от несанкционированного доступа
  • Высокая скорость передачи данных от компьютера к серверу

Минусы

  • Затрудненное подключение к удаленным компьютерам вне центральной сети
  • Скорость передачи от компьютера к серверу - быстрая, а скорость передачи между отдельными компьютерами - не очень быстрая
  • Можность сети зависит от возможностей сервера
  • Невозможна работа между компьютерами без сервера

Кольцевая топология – все компьютеры и сервер соединены по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя.

Плюсы

  • Данные проходят по кругу между соединенными компьютерами
  • Длина сети не имеет значения

Минусы

  • Время передачи данных увеличивается в зависимости от количества подключенных к кольцу сети компьютеров
  • Каждый компьютер отвечает за передачу данных. Выход из строя одного компьютера отразится на всей сети.
  • Для подключения новых компьютеров сеть должна на время быть выключена

Топология шины – к сети подключены сервер и отдельные рабочие станции.

Плюсы

  • Нет затрат на кабель для прокладки сети
  • Компьютеры могут быть установлены в любое время без отключения всей сети
  • Компьютеры могут обмениваться данными между собой без сервера

Минусы

  • При обрыве кабеля из строя выходит весь участок сети от места обрыва
  • Низкая безопасность

Кабель – один или нескольких изолированных друг от друга проводников, или оптических волокон, заключённых в оболочку.

В основном применяется 3 вида кабелей:

  • Коаксиальный (двух типов):
  • Тонкий коаксиальный кабель.
  • Толстый коаксиальный кабель.

Витая пара

  • Неэкранированная витая пара (UTP).
  • Экранированная витая пара (STP).

Оптоволоконный кабель

  • Многомодовый кабель.
  • Одномодовый кабель.
Понравился материал? Поделитесь с друзьями!

Автор

IT-менеджмент, разработка программного обеспечения и веб-сервисов, консультация в сфере IT.

Комментарии

Незарегистрированным пользователям запрещено комментировать.
Войдите или пройдите регистрацию