206

Конструкция и компоновка ПК

Содержание

Введение

Раздел 1. Устройство системного блока

Тема 1.1. Основные термины и понятия

Тема 1.2. Компоненты современного компьютера

Тема 1.3. Шины

1.3.1. Шины

1.3.2. Практическая работа 1. Шины ПК

Тема 1.4. Накопители информации

Раздел 2. Оперативная память

Тема 2.1. Архитектура оперативной памяти

Тема 2.2. Модули памяти

Тема 2.3. Современные технологии

Тема 2.4. Технология защиты от сбоев

2.4.1. Технология защиты от сбоев

2.4.2. Практическая работа 2. Модули памяти

Раздел 3. Процессор

Тема 3.1. Элементы архитектуры процессора

Тема 3.2. Режимы работы процессора

Тема 3.3. Процессоры ПК

Тема 3.4. Процессоры Pentium

Тема 3.5. Процессоры Pentium ММХ и совместимые

Тема 3.6. Процессоры Pentium шестого поколения

Тема 3.7. Процессоры AMD

Тема 3.8. Процессорные разъемы

3.8.1. Процессорные разъемы

6.8.2. Практическая работа 3. Корпуса и разъемы процессоров.

3.8.3. Практическая работа 4. Выбор процессора

Раздел 4. Наборы микросхем системной логики

Тема 4.1. Развитие чипов

Тема 4.2. Чипсеты для процессоров пятого поколения

Тема 4.3. Чипсеты для процессоров шестого поколения

Тема 4.4. Современные чипсеты

4.4.1. Современные чипсеты

4.4.2. Практическая работа 5. Набор микросхем системной логики

Раздел 5. Материнские платы

Тема 5.1. Схемотехника материнской платы

Тема 5.2. Форм-фактор системных плат

5.2.1. Форм-фактор AT, ATX, LPX

5.2.2. Форм-фактор Micro ATX, NLX, ITX, BTX

Тема 5.3. Производители системных плат

5.3.1. Производители системных плат

5.3.2. Практическая работа 6. Системные платы

Раздел 6. Видеоадаптеры

Тема 6.1. Устройство видеокарты

Тема 6.2. Видеопамять

Тема 6.3. Стандарты видеоадаптеров

Тема 6.4. Развитие 3D графики

6.4.1. Развитие 3D графики

6.4.2. Практическая работа 7. Тестирование видеокарт

6.4.3. Практическая работа 8. Тестирование видеокарт

Раздел 7. Корпус

Тема 7.1. Параметры корпуса

7.1.1. Параметры корпуса

7.1.2. Практическая работа 9. Корпуса ПК

7.1.3. Практическая работа 10. Выбор корпуса ПК

Тема 7.2. Форм-факторы корпусов

7.2.1. Форм-факторы корпусов

7.2.2. Практическая работа 11. Определение форм-фактора корпуса

7.2.2. Практическая работа 12. Определение форм-фактора корпуса

Тема 7.3. Системы охлаждения

7.3.1. Системы охлаждения

7.3.2. Практическая работа 13. Организация охлаждения корпуса.

Тема 7.4. Требования к шумам системы

7.4.1. Требования к шумам системы

7.4.2. Практическая работа 14. Уменьшение шума компьютера.

Раздел 8. Мобильные устройства

Тема 8.1. Классификация мобильных устройств

8.1.1. Классификация мобильных устройств

8.1.2. Практическая работа 15. Мобильные устройства

8.1.3. Практическая работа 16. Смартфоны

Тема 8.2. Ноутбуки

8.2.1. Практическая работа 17. Характеристики ноутбуков

8.2.2. Практическая работа 18. Настройка ноутбука

Тема 8.3. Карманные компьютеры

8.3.1. Практическая работа 19. Характеристики КПК

8.3.2. Практическая работа 20. Настройка КПК

Русские термины

Английские термины

Английские сокращения

Экзаменационные вопросы

Основная литература

Дополнительная литература

Введение

Наша дисциплина называется "Конструкция и компоновка персонального компьютера". Продолжительность нашего курса 108 часов. Мы будем изучать курс, посвященный аппаратному обеспечению персонального компьютера (PC, Personal Computer). Естественно, в первую очередь, нужно знать, что именно мы будем называть персональным компьютером. Из названия можно предположить, что персональным следует называть небольшой по размерам компьютер, предназначенный для использования одним (обычно) пользователем, в отличие от систем, занимающих целые залы в огромных вычислительных центрах. Но это определение совершенно не описывает то, что принято называть PC. Существует целый ряд небольших настольных систем, предназначенных для использования одним человеком, которые ни в коем случае не могут быть названы PC. Дело в том, что PC - это совершенно определенное семейство компьютеров, объединенных общей архитектурой, поэтому называть PC можно только те системы, которые соответствуют этой архитектуре. Что же называть PC? Какие системы являются PC? Кто управляет рынком PC, устанавливает на него стандарты? На все эти вопросы нам необходимо получить ответ. Для этого нам придется немного заглянуть в историю.

Начиная с 1975 года на рынке появляются первые системы, которые можно назвать персональными (в смысле настольными, предназначенными для одного пользователя). Появляется в продаже комплект Altair фирмы MITS, состоящий из процессора фирмы Intel 8080, блока питания, лицевой панели с индикаторами и запоминающего устройства, емкость 256 байт. Этот комплект, из которого пользователь сам мог собрать компьютер, стоил немного и, соответственно, был вполне доступен покупателю. В том же 1975 году на рынке появляется компьютер фирмы IBM модель 5100. Эта система была оборудована памятью на 16 килобайт, встроенным дисплеем, способным отображать 16 строк по 64 символа и кассетным накопителем. Однако цена системы делала ее слабо доступной для покупателя (в то же время отдельные любители продавали свои собственные комплекты для сборки за небольшие суммы). Таким образом IBM 5100 продавался очень плохо. В 1976 году новая фирма Apple Computer вышла на рынок со своим набором для сборки Apple I. Это была плата, привинченная к куску фанеры, а корпуса и блока питания не было вообще. В 1977 году Apple Computer выпустил новую систему Apple II. Этот компьютер во многом стал прообразом последующих систем. Для Apple было разработано множество различных программных продуктов, что, безусловно, добавляло ему популярности.

Здесь нужно сделать замечание. Что вообще должно было сделать некую систему популярной? Ведь существовало множество различных, имеющих немного общего между собой систем, каждая из которых претендовала на роль персонального компьютера. Дело в том, что большой популярности и массовости в принципе должна была достичь лишь та система, для которой создано много программного обеспечения. Ведь компьютер, для которого существует три с половиной программы - это не совсем компьютер. То есть он может стать компьютером лишь тогда, когда для него разработают программное обеспечение, а до этого времени это всего лишь груда железок и микросхем, которым трудно найти реальное применение. Но большого количества программного обеспечения не достаточно для того, чтобы система стала массовой. Необходимо, чтобы аппаратные компоненты системы были унифицированы, и, более того, чтобы их можно было повторить кому бы то ни было еще, кроме разработчика системы. Зачем? Представим себе ситуацию, когда некую систему производит только одна фирма, имеющая на нее полные права, и более никто не имеет возможности такую систему производить. Разумеется, цены будет определяться исключительно единственной фирмой производителем, и эти цены будут достаточно высокими. Гораздо лучше, когда существует открытый стандарт, когда сотни производителей делают аналогичные системы и конкурируют между собой. Лучше все это, конечно, для пользователей, а не для того, кто первым разработал некую систему. Поэтому, разумеется, никто из разработчиков не собирался открывать свою систему для копирования (клонирования), но, вероятно, так должно было случиться и так случилось. 12 августа 1981 года фирма IBM, учитывая проблемы, постигшие систему 5100, выпустила компьютер IBM 5150, тот самый компьютер, которому суждено было стать стандартом в компьютерной индустрии, развиваться вот уже 25 лет, и быть стандартом и по сей день.

Почему? По какой причине именно эта модель завоевала такую бешеную популярность? Она была чем-то принципиально лучше других? В ней применялось какое-то особое оборудование? Нет. Первое и главное: эту систему оказалось возможным копировать, производить множеству независимых фирм, что прекрасно повлияло на цены и спрос на систему. Но IBM совершенно не собиралась предоставлять кому бы то ни было право копировать ее систему, которая получила название IBM PC. Почему же копирование стало возможным? Прежде чем ответить на этот вопрос, нужно выяснить: что значит скопировать компьютер?

Необходимо, естественно, скопировать аппаратную часть. Но это далеко не все. Ведь компьютер - это не только электроника. Это еще и программная часть. И здесь возникают две новые задачи. Необходимо скопировать базовое программное обеспечение, на самом нижнем уровне управляющее железом. Эта так называемая Базовая Система Ввода-Вывода (BIOS, Basic Input-Output System). Без нее компьютер не будет запущен. Она управляет процессом начального старта и начальной настройки системы.

Но и это еще не все. Компьютер не работает сам по себе, он работает под управлением так называемой операционной системы, программного обеспечения, которое формирует рабочую среду, позволяет запускать приложения, обеспечивает пользовательский интерфейс. И только после копирования аппаратной части, BIOS и операционной системы мы получим компьютер, идентичный оригиналу с возможностью запускать на нем те же самые приложения, что и на оригинальной системе. Проблема копирования аппаратной части - наименее серьезная, если она вообще существует. Дело в том, что при разработке PC IBM пользовалась процессором и остальной системной логикой, произведенной фирмой Intel. IBM даже не могла запатентовать аппаратную часть компьютера, так как фактически собрала его из деталей Intel по предоставленным ими же схемам взаимодействия компонентов, а детали эти мог приобрести любой желающий. Поскольку проект PC нельзя было запатентовать, любая компания могла производить аналогичную систему по схемам всех использовавшихся плат, которые IBM свободно распространяла.

Программное обеспечение - другое дело. Его очень просто запатентовать и, естественно, IBM запатентовала разработанный ими BIOS, без которого собранный по схемам IBM из деталей Intel компьютер - просто груда железа. Разработать свой собственный BIOS, не совместимый с BOIS IBM - значит отказаться от совместимости и, как следствие, программы, запускаемые на IBM PC уже не будут запускаться на копии компьютера, а значит и делать эту копию нет никакого смысла. Естественно, IBM не имела ни малейшего желания продавать свой BIOS кому бы то ни было.

Но выход был найден. И нашла его фирма, которая до сих пор разрабатывает BIOS для PC - фирма Phoenix Software. Дело в том, что хоть и по закону нельзя скопировать BIOS, но можно написать такое программное обеспечение, которое будет выполнять те же функции, что и копируемое. Были созданы две группы инженеров по разработке программного обеспечения, причем особенно тщательно следили, чтобы во вторую группу входили специалисты, которые никогда прежде не видели код BIOSа, разработанного IBM. Первая группа исследовала базовую систему ввода-вывода, разработанную фирмой IBM, и создавала описание функций, выполняемых ею. Вторая группа читала описание, составленное первой группой, и намеренно с самого начала писала новую базовую систему ввода-вывода, которая делала все то, что было описано в составленной спецификации. Конечным результатом стала новая базовая система ввода-вывода, с написанным с самого начала кодом, хоть и не идентичным коду IBM, но имеющим точно такие функциональные возможности. Такой подход оказался возможен потому, что BIOS фирмы IBM содержала только 8 кбайт кода и была достаточно простой.

Остается открытым вопрос об операционной системе. Каким образом любой желающий повторить IBM PC мог получить операционную систему этого компьютера? Дело в том, что в IBM не разрабатывали операционную систему самостоятельно. Они заказали разработку операционной системы у сторонней фирмы, и фирма эта называлась Microsoft. Эта фирма разработала для IBM PC операционную систему MSDOS, и фактически с тех пор контролирует рынок операционных систем, а стало быть и всего программного обеспечения IBM PC. Главная ошибка IBM состояла в том, что они не приобрели у Microsoft исключительную лицензию на владение MSDOS. Любой пользователь IBM PC мог приобрести у Microsoft лицензию на использование MSDOS, и, таким образом, вопрос копирования IBM PC был окончательно решен. Достаточно было приобрести у Intel необходимые микросхемы, изготовить компьютер по схемам IBM, приобрести BIOS у Phoenix Software и MSDOS у Microsoft. Фактически IBM утратила контроль над своим же собственным стандартом, как только сторонним производителям стало возможно производить аналогичные совместимые системы. Вот почему, например, не было клонов у компьютера Apple. Дело в том, что Apple сама разрабатывала и операционную систему, и BIOS для своих систем, а скопировать операционную систему описанным выше методом практически невозможно - слишком сложно. Кроме того, BIOS и операционная система у Apple тесно взаимосвязаны.

Кто же сегодня контролирует стандарты в области PC (Название IBM PC не применяют, так как IBM практически не имеет более ничего общего с этой архитектурой)? Разумеется, в области программного обеспечения контроль в руках того, кто разрабатывает операционную систему, так как программное обеспечение изготавливается именно для нее. Контроль же за аппаратной частью практически все время находился в руках Intel, хотя сейчас несколько фирм (AMD, VIA) потихоньку оттесняют Intel.

Итак, PC мы будем называть системы, базирующиеся на архитектуре, заложенной тогда, в 1981 году фирмой IBM, которые и по сей день продолжают производить множество фирм. Для этих систем существует огромное количество совестимого программного и аппаратного обеспечения. Именно это аппаратное обеспечение PC - совместимых компьютеров мы и будем изучать.

Раздел 1. Устройство системного блока

Целью изучения данного раздела является освоение основных терминов и понятий, относящихся к конструкции и компоновки персонального компьютера, состав и назначение элементов персонального компьютера.

В результате изучения раздела студент должен

• знать

• основные понятия и определения, относящиеся к конструкции и компоновке ПК;

• состав ПК;

• назначение элементов ПК;

• характеристики шин ПК;

• накопители информации

• уметь

• определять состав системного блока;

• выбирать наиболее подходящий тип шин для ПК.

Структурная схема раздела

Тема 1.1. Основные термины и понятия

Целью изучения темы является изучение основных терминов и понятий используемых в конструкции персонального компьютера.

В результате изучения темы студент должен

• знать

• основные термины и понятия;

• состав элементов ПК.

Структурная схема темы

Содержание темы

Давайте теперь разберемся с основными терминами и понятиями, с которыми нам придется регулярно сталкиваться.

П лата. Название говорит само за себя: плата это "кусок текстолита", обычно прямоугольной формы, на котором припаяны некоторые электрические компоненты, и, разумеется, имеется возможность стыковать плату с другими компонентами компьютера. Каждая конкретная плата выполняет свои, определенные функции: она может отвечать, например, за вывод информации на монитор, или за вывод звука через колонки, или обеспечивать связь Вашего компьютера с другими компьютерами с помощью специального кабеля или имеющихся телефонных коммуникаций, в общем каждая конкретная плата в компьютере выполняет какие либо свойственные ей функции.

Чип. Чип - синоним слова микросхема. Когда-то простейшим элементом электрического логического устройства была электронная лампа, затем транзистор, сегодня степень интеграции электрических компонентов настолько высока, что в одной микросхеме (чипе) располагаются десятки миллионов транзисторов. В чипе электрически реализуется некая логика, которая и позволяет чипу выполнять те функции, для которых он предназначен. Он может, например, представлять собой физическое место хранения информации (или, как говорят, быть чипом памяти), или уметь выполнять некие расчеты, или позволять сопрягать некие компоненты друг с другом и т.д.

К онтроллер. Контроллером принято называть некоторое устройство, служащее для сопряжения чего-либо, с чем-либо. Например: Необходимо подключить к компьютеру принтер: значит, в компьютере должен быть специальный контроллер, которой обеспечит возможность функционирования Вашего компьютера вместе с принтером. Или вот пример, далекий от компьютеров: если Ваш телевизор допускает подключение видеомагнитофона, то можно говорить о том, что в телевизоре есть контроллер (т.е. некая электроника и логика) для сопряжения с магнитофоном; если разъема для магнитофона нет, то Вы не сможете подключить к телевизору магнитофон, по крайней мере, до тех пор, пока нужную электронику в телевизор не вставите. В компьютере точно также, вставляют дополнительную плату.

Контроллером называют плату, которая обеспечивает подключение чего-либо, иногда контроллером называют чип, если чип уже имеется на плате и вставлять дополнительную плату нет необходимости, иногда контроллером называют часть чипа - если один чип является контроллером сразу многих устройств. При этом в явном виде никакую часть чипа естественно не очерчивают кружком и не говорят что здесь один контроллер, а здесь другой, нет, просто говорят, что в данном чипе реализовано несколько контроллеров.

Порт. Термин порт употребляется в нескольких значениях, нас же сейчас интересует следующее: порт - это то, чем заканчивается контроллер. Поясним: контроллер, как мы уже говорили, обеспечивает логику взаимодействия компьютера и некоторого устройства. Но к логике провода руками не подключишь! Контроллер должен обеспечить разъем, куда мы подключим устройство! Токим образом, портом называют разъем для подключения некоторого устройств. В уже приведенном примере с принтером в системе должен быть контроллер принтера и должен быть разъем (порт) для подключения этого самого принтера. Поэтому, обычно говорят не контроллер принтера, а контроллер порта принтера.

Шина. Шина это магистраль, связывающая некоторые компоненты компьютера между собой. Электрически шина - это провода, обеспечивающие передачу электрического сигнала. Естественно характеризовать шину необходимо скоростью, с которой по ней могут передаваться данные. О шинах, существующих в компьютере, и о факторах, влияющих на скорость передачи данных разговор будет в дальнейшем.

Интерфейс. Интерфейс - очень широкое понятие. Вы вероятно знаете, что интерфейсом называют, к примеру, внешний вид программы с которой вы работаете, ее окна и меню, ее элементы управления и т.д. В мире Hardware интерфейсом называют целый ряд вещей, например: "подключить принтер к его интерфейсу" - в данном случае, очевидно, интерфейс - синоним порта; или, "в данном компьютере имеется некоторый интерфейс" - имеется ввиду наличие некоторого контроллера, который, естественно заканчивается портом и т.д.

Выводы по теме

Персональный компьютер состоит из шести основных элементов: плата, чип, порт, шина, интерфейс. Все эти элементы являются неотемлимой частью любого компьютера

Контрольные вопросы

1. Назначение платы ПК.

2. Какие функции выполняет плата?

3. Что такое чип?

4. Сколько транзисторов может находиться в одном чипе?

5. Что может делать чип?

6. Для чего предназначен контроллер?

7. Что называется контроллером?

8. Сколько контроллеров может находиться в чипе?

9. Что такое порт?

10. Какие функции выполняет порт?

11. Что такое шина?

12. Каково назначение шины.

13. Что называется интерфейсом?

Используемая литература:

1. Максимов Н. В., Партыка Т. Л., Попов И. И. Технические средства информатизации: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005, 8 – 42.

2. Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК. 14-е издание. М.: Издательский дом "Вильямс", 2003, стр. 57 – 71.

3. Леонтьев В. П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2005, стр. 31 – 34.