Каждый компьютер состоит из набора основных взаимосвязанных аппаратных средств, без которых работа компьютера практически невозможна.

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:

Линии данных - шина данных
Линии адреса - шина адреса
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.