1.6. Базовая аппаратная конфигурация компьютера

К базовой конфигурации относятся устройства, без которых не может работать современный ПК. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

- системный блок;

- монитор;

- клавиатура;

- мышь.

Системный блок

Системный блок представляет собой металлическую коробку со съёмной крышкой, в которой размещены различные устройства компьютера.

Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами - адаптерами внешних устройств.

Внутри системного блока размещаются основные внутренние компоненты компьютера:

- материнская плата;

- платы адаптеров (звуковая, видео- и сетевая карты);

- процессор;

- дисковые накопители (винчестер);

- блок питания;

- соединительные шлейфы, шнуры и кабели;

- вентилятор системы охлаждения внутренних элементов;

- вентилятор и радиатор системы охлаждения процессора;

- слоты системной шины.

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Рассмотрим внутренние устройства системного блока.

Материнская плата является своеобразным «фундаментом» для всех комплектующих компьютера. Именно в неё втыкаются все основные устройства: видеокарта, оперативная память, процессор, жёсткие диски и т. д. Другими словами, это платформа, на которой строится вся остальная конфигурация компьютера.

Материнская плата - основная плата персонального компьютера. На ней размещаются:

- процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

- микропроцессорный комплект (чипсет) - это набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

- шины - наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

- оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;

- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

- генератор тактовых импульсов;

- адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

- контроллер прерываний;

- разъёмы для подключения дополнительны устройств (слоты);

- таймер и т. д.

На материнских платах также встречаются интегрированные устройства, т. е. встроенные. Материнские платы подобного типа уже продолжительное время фигурируют на компьютерном рынке. Примером могут служить материнские платы со встроенной звуковой и видеокартами.

Устройства интегрируются на материнскую плату с целью удешевления общей стоимости компьютера. Действительно, стоимость чипа плюс затраты на инженерные разработки по интеграции значительно меньше, чем стоимость разработки и изготовления отдельной полноценной платы расширения. Однако интегрированные решения имеют свои недостатки. Это, во-первых, невозможность модернизации в будущем. А во-вторых, такие решения имеют среднюю производительность.

Задняя панель, как правило, содержит панели плат расширений с разъёмами, заглушки разъёмов, вентиляционное отверстие вентилятора блока питания.

На системной плате обычно располагаются также основные средства внешнего интерфейса, служащие для присоединения как встроенных устройств (например, дисковых носителей), так и внешних устройств компьютера (например, клавиатуры, мыши, принтера, сканера, модема).

Для подключения видеомонитора, как правило, используется специальная плата расширения (контроллер дисплея), вставляемая в один из слотов. Это позволяет заменять её более мощной при необходимости установки нового монитора.

Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определяются типом и архитектурой процессора. Именно процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы. Материнские платы изготавливают, делая главный упор на наилучшую совместимость именно с процессорами.

В настоящее время существует две альтернативные архитектуры процессоров и соответственно материнских плат для них:

- от компании Intel (Socket 775, Socket 939);

- от компании AMD (Socket АМ2, Socket АМ2+).

Первая поддерживает процессоры Intel Celeron D/E, Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, a вторая - AMD Athlon 64, AMD Sempron, AMD Phenom X3/X4. Процессор одной архитектуры невозможно использовать в материнских платах, рассчитанных для другой.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами. На вид и комплектацию материнских плат влияют также требуемые эксплуатационные характеристики и будущее назначение компьютера.

Процессор - это «мозг» компьютера. Процессором называется устройство, способное обрабатывать программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации.

Конструктивно процессоры могут выполниться как в виде одной большой монокристальной интегральной микросхемы - чипа, так и в виде нескольких микросхем, блоков электронных плат и устройств.

Чаще всего процессор представлен в виде чипа, расположенного на материнской плате. На самом чипе написана его марка, его тактовая частота (число возможных операций, которые он может выполнить в единицу времени) и изготовитель.

В настоящее время микропроцессоры и процессоры вмещают в себе миллионы транзисторов и других элементов электронной логики и представляют сложнейшие высокотехнологичные электронные устройства.

Персональный компьютер содержит в своём составе довольно много различных процессоров. Они входят в состав систем ввода/вывода контроллеров устройств. Каждое устройство, будь то видеокарта, системная шина или еще что-либо, обслуживается своим собственным процессором или процессорами (контроллерами). Однако архитектуру и конструктивное исполнение персонального компьютера определяет процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и оперативную память, а также, что более важно, выполняющие объектный код программ. Такие процессоры принято называть центральными процессорами (Central Point Unit - CPU). На основе архитектуры центральных процессоров строится архитектура материнских плат и проектируется архитектура и конструкция компьютера.

Системная шина

Системная шина - это «паутина», соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна.

Системная шина - это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передаётся информация в виде электрических сигналов.

Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

В персональных компьютерах использовались системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB , PCI, AGP. Шины ISA, EISA, VESA и VLB в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Шина AGP используется редко, её заменила PCI-E. Сегодня наиболее распространёнными являются РСI, PCI -E, шина USB.

Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или шина для подключения видеоадаптеров – VGA.

Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам их обслуживания.

Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются её проводники и разъёмы - слоты для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты, внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода- вывода и т. д.) и расширений базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъёмы).

Существовали 16- разрядные системные шины, из них были высокопроизводительные (AGP и PCI с тактовой частотой более 16 МГц) и низкопроизводительные (ISA и EISA с тактовой частотой 8 и 16 МГц) системные шины. Сейчас используются 32- и 64-разрядные расширения шины PCI –Е, SATA II, USB.

Например, при подключении нескольких жёстких дисков шина SATA II обеспечивает самоконфигурируемость периферийного (дополнительного) оборудования и поддержку стандарта Plug and Play, исключающего ручную конфигурацию аппаратных параметров периферийного оборудования при его изменении или наращивании.

Расширения Plug and Play BIOS для Microsoft Windows обычно обнаруживают факт появления новых устройств. Операционная система, поддерживающая этот стандарт, сама настраивает оборудование, подключенное по шине SATA II, без вмешательства пользователя.

Порты

Порты предназначены для соединения периферийных устройств с материнской платой. Существует несколько видов портов.

Параллельные порты (LPT) используются для подключения к компьютеру печатающих устройств (принтеров). Параллельные порты получили свое название благодаря методу передачи данных, т. к. они имеют восемь разрядов шины данных и способны передавать информацию байтами синхронно по восьми проводникам. Параллельные порты (LPT) морально устарели и используются редко.

Сигналы данных могут дополнительно обеспечиваться собственными сигнальными линиями заземления - по одному на каждый канал данных. Для соединения компьютера с устройством при помощи параллельного интерфейса используется 25-контактный разъём Centronics. Параллельные интерфейсы имеют высокую скорость передачи данных (до 150 К/с) и низкую помехоустойчивость, что позволяет использовать кабель длиной более 3 м.

Последовательные порты (СОМ) передают данные последовательно по одному биту. Для передачи и приёма в них используются два канала (один - для передачи и один - для приёма) и несколько дополнительных сигнальных линий.

Для соединения при помощи последовательных портов используются 9- и 25-контактные соединительные разъёмы. Последовательные коммуникационные порты имеют достаточно низкие скорости работы и высокую помехоустойчивость, что позволяет использовать соединительный кабель длиной до 75 м и более.

Последовательные порты применяются как для соединения компьютера с принтерами, модемами, мышами, ручными сканерами и т. п., так и для соединения двух компьютеров. Используются сейчас редко, а в современных моделях компьютеров их почти нет.

Порт PS/2

Во второй половине 1980-х годов компания IBM выпустила серию ПК под названием PS/2, у которых был специальный маленький круглый разъём для мыши и для клавиатуры, который впоследствии и стал называться PS/2. В современных компьютерах используются редко, т. к. он морально устарел.

Порт USB

Порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная магистраль) - это интерфейс для подключения различных внешних устройств. Спецификация периферийной шины USB разработана лидерами компьютерной и телекоммуникационной промышленности - Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom для подключения компьютерной периферии вне корпуса машины по стандарту Plug and Play, в результате чего отпадает необходимость в установке дополнительных плат в слоты расширения и переконфигурировании системы. Персональные компьютеры, имеющие шину USB, позволяют подключать периферийные устройства и осуществляют их автоматическое конфигурирование, как только устройство физически будет присоединено к машине, и при этом нет необходимости пере загружать или выключать компьютер, а также запускать программы установки и конфигурирования. Шина USB позволяет одновременно подключать последовательно до 127 устройств, таких, как мониторы или клавиатуры, выполняющих роль дополнительно подключенных компонентов, или хаботы (т. е. устройств, через которые подключается ещё несколько устройств)

Шина USB определяет, добавлено устройство или отключено, благодаря своей продвинутой логике, обеспечиваемой основной системой. Шина автоматически определяет, какой системный ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству, и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя. Владельцы компьютеров, оснащенных шиной USB, имеют возможность переключать совместимые периферийные устройства так же просто, как они вкручивают новую лампочку в лампу.

Порт FireWire

Порт IEЕЕ-1394 (FireWire) - это последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Благодаря невысокой цене и большой скорости передачи данных эта шина становится новым стандартом шины ввода/вывода для персонального компьютера. Её изменяемая архитектура и одноранговая топология делают FireWire идеальным вариантом для подключения жёстких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации. Эта шина также идеально подходит для работы мультимедийных приложений в реальном времени.

Таким образом, на задней стенке корпуса современных ПК размещены (точнее могут размещаться) следующие порты:

1. Game - для игровых устройств (для подключения джойстика).

2. VGA - интегрированный в материнскую плату VGA - контроллер для подключения монитора для офисного или делового персонального компьютера.

3. COM - асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМЗ). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.

4. PS/2 – асинхронные последовательные порты для подключения клавиатура и манипулятора мышь.

5. LPT - параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), к ним обычно подключаются принтеры.

6. USB - универсальный интерфейс для подключения 127 устройств (этот интерфейс может располагаться на передней или боковой стенке корпуса).

7. IEЕЕ-1394 (FireWire) - интерфейс для передачи больших объёмов видео информации в реальном времени (для подключения цифровых видеокамер, внешних жёстких дисков, сканеров и другого высокоскоростного оборудования).

Интерфейсом FireWire оснащены все видеокамеры, работающие в цифровом формате. Может использоваться и для создания локальных сетей.

8. iRDA - инфракрасные порты предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных ПК или сотового телефона к настольному компьютеру. Связь обеспечивается при условии прямой видимости, дальность передачи данных не более 1 м. Если в ПК нет встроенного iRDA адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB iRDA адаптера), подключаемого через USB-порт.

9. Bluetooth («блутус»)- высокоскоростной микроволновый стандарт, позволяющий передавать данные на расстояниях до 10 метров. Если нет встроенного Bluetooth адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB bluetooth адаптера), подключаемого через USB-порт. USB bluetooth адаптеры предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных ПК, или сотового телефона к настольному компьютеру.

Монитор

Монитор - это устройство, которое служит для обеспечения диалогового режима работы пользователя с компьютером путём вывода на экран графической и символьной информации. В графическом режиме экран состоит из точек (пикселей от англ. pixel - picture element, элемент картинки), полученных разбиением экрана на столбцы и строки.

Разрешающая способностью монитора - это количество пикселей на экране в данном режиме. В настоящее время мониторы ПК могут работать в следующих режимах: 480х640, 600х800, 768х1024, 864х1152, 1024х1280 (количество пикселей по вертикали и горизонтали). Разрешающая способность зависит от типа монитора и видеоадаптера. Каждый пиксель может быть окрашен в один из возможных цветов. Стандарты отображения цвета: 16, 256, 64К, 16М цветовых оттенков каждого пикселя.

По принципу действия все современные мониторы разделяются на:

- мониторы на базе электронно-лучевой трубки (CRT);

- жидкокристаллические дисплеи (LCD);

- плазменные мониторы.

Наиболее распространёнными являются мониторы на электронно-лучевых трубках, но более популярными являются мониторы с жидкокристаллическими дисплеями (экранами). Самое высокое качество изображения имеют современные плазменные дисплеи.

Стандартные мониторы имеют длину диагонали 14, 15, 17, 19, 20, 21 и 22 дюйма. В мониторах CRT изображение формируется электронно-лучевой трубкой. При настройке монитора необходимо устанавливать такие параметры разрешающей способности и режима отображения цвета, чтобы частота обновления кадров не превышала 85 Гц. В мониторах LCD изображение формируется с помощью матрицы пикселей. Каждый пиксель формируется свечением одного элемента экрана, поэтому каждый монитор имеет своё максимальное физическое разрешение. В плазменные мониторах изображение формируется с помощью матрицы пикселей, как и в мониторах LCD. Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разряженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Достоинства плазменных мониторов заключаются в том, что в них отсутствует мерцание изображения, картинка имеет высокую контрастность и чёткость по всему дисплею, имеют хорошую обзорность под любым углом и малую толщину панели. К недостаткам следует отнести большую потребляемую мощность.

Клавиатура

Клавиатура - это устройство, предназначенное для ввода пользователем информации в компьютер. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш. Клавиши клавиатуры разделяются на 5 групп:

1. Клавиши пишущей машинки.

2. Цифровые клавиши (переключение режима работы осуществляется клавишей NumLock).

3. Клавиши редактирования (Home, End, Page Up, Page Down, Insert, Delete, Back Space).

4. Специальные клавиши (Ctrl, Alt, Esc, Num Lock, Scroll Lock, Print Screen, Pause).

5. Функциональные клавиши F1 – F12 (расположены в верхней части клавиатуры и предназначены для вызова наиболее часто использующихся команд).

Размещение клавиш первой группы соответствует пишущей машинке. Расположение латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы – как на русской пишущей машинке.

Для ввода прописных букв и других символов, располагающихся на верхнем регистре клавиатуры, имеется клавиша «Shift». Например, чтобы ввести прописную букву, надо нажать клавишу «Shift» и, не отпуская её, нажать клавишу с требуемым символом.

Клавиша «Caps Lock» служит для фиксации режима прописных букв. Клавиша «Space» служит для создания пробела между символами. Клавиша «Enter» при редактировании текста работает как «возврат каретки» на пишущей машинке. Кроме того, нажатие этой клавиши может означать окончание ввода команды или другой информации и обращение к компьютеру.

Переключение языка клавиатуры (русский – английский) можно осуществить с помощью переключателя клавиатуры, расположенного на панели задач, либо с помощью сочетаний клавиш «Shift+ Ctrl» или «Shift+ Alt».

Манипулятор мышь

Манипулятор мышь – это устройство управления манипуляторного типа. Небольшая коробочка с клавишами (1, 2 или 3 клавиши). Перемещение мыши по плоской поверхности (например, коврика) синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора.

Ввод информации осуществляется перемещением курсора в определённую область экрана и кратковременным нажатием кнопок манипулятора или щелчками (одинарными или двойными). По принципу работы манипуляторы делятся на механические, оптомеханические и оптические.

В портативных ПК в качестве мыши используются трекболы и пойнтеры. Комбинация монитора и мыши обеспечивают диалоговый режим работы пользователя с компьютером, это наиболее удобный и современный тип интерфейса пользователя

Корпорация Microsoft выпустила новый набор из клавиатуры и мыши, предназначенный для настольных ПК. Продукт получил название Natural Ergonomic Desktop 7000, в нём используется беспроводная технология.