Лекция №3 (2 сагат)

4. Компьютердің құрылғылары

Компьютерлерді суперкомпьютерлер, үлкен компьютерлер, орташа ЭЕМ-лар, микро-компьютерлер, мини-компьютерлер, дербес компьютерлер, тасымалданатын компьютерлер және т.б. жіктеуге болады. Суперкомпьютер - өте қуатты, жұмыс істеу жылдамдығы мен өнімділігі жоғары есептеуіш машиналар. Оларға Cray және IBM SP2 машиналары жатады. Суперкомпьютерлар үлкен көлемді, күрделі есептеулер жүргізу үшін аэродинамикада, ауа райын анықтау мекемелерінде, физикада және қаржы саласында қолданылады.

Үлкен компьютерлер немесе мейнфреймдер бір уақытта бірнеше пайдаланушылар жұмыс жасап, көптеген операциялар орындауға мүмкіндік береді. Мұндай компьютерлер күрделі математикалық есептеулер жүргізуге арналған. Үлкен компьютерлер аймақтық есептеу орталықтарында, автоматтандырылған жобалау жүйелерінде және т.б. қолданылады. Орташа ЭЕМ-лар күрделі техникалық, өндірістік процесстерді басқаруға арналған.

Микро-компьютер дегеніміз орталық процессор ретінде микропроцессор қолданылатын компьютер. Мини-компьютер - орталық процессордың кейбір қызметтерін орындай алатын шағын компьютер. Оның бір мезгілде бірнеше терминалмен жұмыс істеу мүмкіндігі бар. Олар автомобильдерде, самолеттерде, станоктарды басқару үшін заводтарда және т.б. қолданылады.

Дербес компьютер - жеке пайдаланушыға арналған әмбебап компьютер. Тасымалданатын компьютерге өлшемдері ықшам, әрі тасымалдауға ыңғайлы ноутбук жатады.

0. 4.1. Дербес компьютердің негізгі құрылғылары

Дербес компьютердің негізгі құрылғыларына жүйелік блок(жүйелік қорап), монитор, пернетақта, тышқан(тінтуір) жатады.

Жүйелік блок

Жүйелік блок - дербес компьютердің негізгі электрондық құрылғылары мен қоректендіру блогы орналасқан блок.

4.1-сурет. Жүйелік блок

Жүйелік блок қорабын кейс (ағылшынша case) деп атайды және оны металл немесе пластмассадан жасайды. Жүйелік блок қорабының екі түрі бар: tower(тік) және desktop(жатық). Жүйелік блокта қоректендіру блогы, аналық тақша, желілік тақша, дыбыстық тақша, жедел жады, CD-DVD дискжетектері, иілгіш дискке арналған дискжетек, порттар, индикаторлар, желдеткіш және т.б. құрылғылар орналасады. Жүйелік блоктағы Power батырмасы компьютерді іске қосуға және өшіруге арналса, Reset батырмасы компьютерді қайтадан жүктеуге арналған.

Қоректендіру блогы – кернеуі, жиілігі, қуаты белгілі электр энергиясымен компьютерді жасақтайтын құрылғы. Әдетте, компьютерлер 5 немесе 12 вольттық төменгі кернеуді пайдаланады. Қоректендіру блогтарының айырмашылықтары олардың қуаттылығында және кернеуді тұрақтандыруында. Қуаттылығы 150 ваттан 320 ваттқа дейін.

Қоректендіру блогында желдеткіш орналасады. Ол қоректендіру блогын ғана емес, жүйелік блокта орналасқан барлық құрылғыларды салқындатады. Желдеткіштің екі түрі бар: айналу жылдамдығы тұрақты желдеткіштер және термореттеуші желдеткіштер.

Үзбей қоректендіру көзі(UPS) – компьютерге қосылған және қоректендіру кернеуі болмай қалған жағдайда қолданылатын қоректендіру көзі. Оның құрамында батареялар бар. Қоректендіру көзінің ақаулары кезінде аккумуляторлық батереялар энергиясы қолданылып, белгілі бір уақыт аралығында компьютердің жұмыс жасау қабілеті сақталады.

Аналық тақша - процессор, сопроцессор, жедел жады микросхемалары, шина және басқа да құрылғылар орналасқан дербес компьютердің негізгі тақшасы. Аналық тақша кез-келген компьютердің құрамдас бөлігі. Аналық тақшаны кейде бас немесе жүйелік тақша деп атайды.

4.2-сурет. Аналық тақша

Аналық тақшаның негізгі сипаттамалары: оның өлшемі, BIOS, процессор типі(жасап шығарған компания атауы және жиілігі), чипсет типі, желілік шина жиілігі, кэш-жады өлшемі, жедел жады типі(слоттар саны мен жедел жадының ең үлкен көлемі), контроллерлер, қатқыл дискінің типі және т.б. Қазіргі уақытта өлшемдері әртүрлі ATX(212×305, 190×305, 192×304, 268×304, 180×305, 203×305, 204×305, 210×305 және т.б.), NLX 3/4, Baby, ATX Baby AT, Micro ATX, AT типті аналық тақшалар қолданылады.

Компьютер құрылғылары арасындағы электрлік сигналдарды басқаратын және солар арқылы мәліметтер жеткізуді жүзеге асыратын жалғастыру арналары шина деп аталады. Шинаның негізгі үш түрі бар: мәліметтер шинасы, адрестік шина және командалық шина. Мәліметтер шинасы - мәліметтердің екілік разрядтарын компьютер құрылғыларының арасында параллель жеткізуге арналған жалпы шинаның бөлігі. Жад адресін жеткізуге арналған жалпы шинаның бөлігі немесе енгізу-шығару портын адрестік шина деп атайды. Шинаның түрлері: ISA, MCA, EISA, SCSI, VLB, PCI, AGP, USB және т.б.

Аналық тақшада орналасқан компьютердің негізгі құрылғыларының бірі BIOS болып саналады. Жұқа кремнийлік тақтайша негізінде жасалған микросхемаларды көбінесе чип деп атайды. BIOS микросхемасы жүйе параметрлерін орнатуға арналған. Енгізу-шығарудың базалық жүйесі BIOS мынадай қызметтер атқарады:

• Компьютерді іске қосқанда автоматты тестілеуді (POST) орындайды;

• Аппараттық құралдардың параметрлерін баптайды;

• Операциялық жүйені дискіден орнатады;

• Жүйелік, аппараттық үзілулердің қызметін қамтамасыз етеді.

Чипсет (Chipset) – ұқсас міндет атқаратын микросхемалар жиыны. Орталық процессордың шалғай құрылғылармен мәліметтер алмастыру жұмысын жасақтайтын, аналық тақшада орналасқан микросхемалар жиынтығы чипсет деп аталады.

Процессор дегеніміз көптеген жартылай өткізгішті элементтерден тұратын және компьютерде барлық есептеулер мен ақпарат өңдеу жұмыстарын жүргізетін электрондық микросхема.

Жартылай өткізгішті кристалл өте таза кремнийден жасалады. Оны жасауда вакуумдық бүрку, қоспаларды иондық түрде енгізу, фотолитография және т.б. жоғары сапалы технологиялар қолданылады.

Бір кристалл көлемінде жүз мыңнан астам өзара байланысқан электрондық молекулалар орналасып, күрделі ақпаратты түрлендіру жұмыстарын орындайды.

Процессор разрядтылығы оның бір тактіде өз регистрлерінде қанша деректер битін қабылдап, өңдейтінін көрсетеді. Процессордың ең қарапайым элементар ішкі операцияларының орындалуы тактілік жиілікпен өлшенеді. Жиіліктің өлшем бірлігі – Герц.

Процессордың түрлері: Intel 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Pentium D, Celeron, Intel Core Duo, AMD және т.б. Процессорлардың айырмашылығы бір тактіде өңделетін және алмасатын мәліметтердің санымен сипатталады. Процессордың тактілік жиілігі неғұрлым үлкен болса, оның жылдамдығы да үлкен. Процессорларды бірядролы және екіядролы деп бөледі. Екіядролы құрылым процессордың өнімділігін арттырады. Pentium III, Pentium IV – бірядролы, ал Pentium D, Intel Core Duo – екіядролы процессорлар.

Алғаш пайда болған компьютерлердің микросхемалары өте үлкен агрегаттар болатын. Олар тұтас бір шкафтарды, тіпті бөлмелерді алып жататын. 70-жылдардың басында пайда болған өте күрделі технологияның арқасында орталық процессордың құрамына енетін барлық компоненттерді жартылай өткізгіш құрылғының ішіне сыйғызу мүмкін болды. Оларды үлкен және аса үлкен интегралды схемалар (ҮИС және АҮИС) деп атады.

Үлкен интегралды схема деген сөз тіркесі микросхеманың өлшеміне қатысты айтылмаған. Керісінше үлкен интегралды схема деп өлшемі 20х20 мм-ге жуық кішкене жалпақ пластинаны айтады. Үлкен интегралды схема деп оны құрайтын элементтердің саны өте үлкен болғандықтан айтылады.

Қазіргі заманғы жоғарғы технологиялар үлкен интегралды схемада миллиондаған функционалды элементтерді орналастыруға мүмкіндік береді. Олардың өлшемі 0,13 микрон (1 микрон = м) шамасында.

Мысалы, кэш-жады 4 МБ Intel Core 2 Duo процессорында олардың саны 291 миллионға жетеді.

Процессорлар үлкен жылдамдықпен жұмыс жасап, көп жылу бөлетін миллиондаған транзисторлардан құралған. Сондықтан, процессорларға желдеткіш орнатылады. Егер желдеткіш орнатылмаса немесе бұзылып қалса, онда процессор қызып кетіп, балқуы мүмкін.

Микропроцессор - барлық арифметикалық және логикалық операцияларды орындауға, ақпаратты өңдеуге және машинаның барлық блоктарының жұмыс істеуін программа арқылы басқаруға арналған құрылғы. Ол бір немесе бірнеше үлкен интегралдық схема негізінде құрастырылады.

Сопроцессор – негізгі процессордың қызметтік мүмкіндігін толықтыратын мамандандырылған арнайы процессор. Сопроцессордың өз программасы болмайды, ол негізгі процессор командалары жүйесі мен регистрлерін кеңітіп, сонымен бірігіп жұмыс атқарады. Ол жүйені басқармайды, тек орталық процессордан команда күтеді. Арифметикалық операциялардың орындалу уақытын 80% және одан да жоғары қысқартуға мүмкіндік береді, бейнесызбалық кескіндерді өңдеу де тездетіледі.

Жедел жады микросхемалары дегеніміз компьютер жұмыс істеп тұрған уақытта мәліметтерді сақтай алатын электронды ұяшықтар жиыны. Компьютерді қосқанда операциялық жүйе алдымен жедел жадыға жүктеледі.

Жедел жады (RAM) арифметикалық және логикалық операцияларды орындау кезінде командаларды, бастапқы мәліметтерді, аралық және ақырғы нәтижелерді уақытша сақтауға арналған. Жедел жадының жылдамдығы процессордың жылдамдығымен шамалас. Стандартты жады сыйымдылығы 640 Кбайт. Бір мегабайттық шекарадан жоғары орналасқан және тек қорғалған режимде ғана адрестелетін жедел жадының аймағы кеңейтілген жады деп аталады. Қосымша жады компьютердің жедел жадысының көлемін арттыру үшін қосымша жалғанады.

Процессордың өте жылдам істейтін шағын көлемді жадысы кэш-жады (бүркеме жады) деп аталады. Ол жедел жадыға қажетті, жиі сұратылатын ақпаратты сақтауға арналған.

Слот – компьютердің аналық тақшасындағы кеңейтудің алып-қосу ойығы. Слот графикалық адаптерді, тізбекті және параллель интерфейстерді, дыбыс карталарын, және т.б. шинамен байланыстыру үшін қолданылады.

4.3-сурет. Порттар

Порттар әртүрлі құрылғылар қосуға арналған ажыратқыштар қызметін атқарады. Әдетте тізбекті (COM), параллель (LPT) және әмбебап USB порттар кеңінен қолданылады.

Дыбыстық тақша дегеніміз компьютерде жоғары сапалы дыбыс тудыруға және оны жазуға арналған тақша. Дыбыстық тақша негізгі үш режимде жұмыс жасайды: дыбыстық сигналды тудыру, жазу және ойнату. Дыбыстық тақша сыртқы дыбыстық сигнал көзінен дыбысты қабылдап, оны сандық сигналға айналдырады және файл түрінде дискіге сақтайды.

Алғашқы пайда болған IBM PC дербес компьютерлері дыбыстық құралдармен жабдықталған жоқ. Дербес компьютерлер алғаш пайда болғаннан кейін он жылға жуық офистік техника ретінде қолданылып, дыбыстық құрылғылардың онша керегі де болған жоқ. Ол кезде компьютерде дыбыс шығаратын жалғыз құрылғы - компьютерде ақау туралы хабар беретін динамик болатын. Қазіргі кезде дыбыстық құралдар стандартты болып есептеледі. Ол үшін аналық тақшада дыбыстық адаптер орнатылады. Дыбыстық адаптердің аналық тақшаға жеке құрылғы ретінде қосылатын түрлері болады, оларды дыбыстық карта деп атайды.

Дыбыстық картаның қосқыштары жүйелік блоктың артқы жағында орналасады. Дыбысты есту үшін осы қосқыштарға дыбыс колонкаларын немесе құлаққаптарды жалғау керек. Осы қосқыштардың біріне дыбысты жазу үшін қолданылатын микрофонды жалғауға да болады.

Желілік карта (немесе жергілікті желіні байланыстыру картасы, желілік адаптер) - бір ғимаратта немесе бөлмеде орналасқан компьютерлерді өзара байланыстыру үшін қолданылады.

Желілік картаның негізгі параметрі – оның ақпаратты жеткізу жылдамдығы – мегабайт/секундпен өлшенеді. Желілік картаның орташа жылдамдығы 10 мегабайттан 100 мегабайтқа дейін жетеді.

Видеоадаптер (графикалық карта, видеокарта) – процессордан немесе оперативті жадтан мониторға келіп түсетін ақпаратты өңдеу үшін қолданылатын ішкі құрылғы. Аналық тақша қосқыштарының біріне орнатылады.

Алғашқы дербес компьютерлерде видеоадаптерлер болған жоқ. Оның орнына оперативті жадта видеодеректерді сақтау үшін кішкене ғана аймақ бөлінетін. Қазіргі видеоадаптерлердің өз есептегіш процессорлары (видеопроцессор) болады.

Аналық тақшаның кейбір модельдерінде видеоадаптердің қызметін чипсеттің арнайы микросхемалары атқарады. Бұндай видеоадаптерлерді аналық тақшамен біріктірілген дейді. Ал егер видеодаптер бөлек құрылғы ретінде орналасса, оны видеокарта дейді. Видеокартаның қосқышы жүйелік блоктың артқы тақтасына шығып тұрады. Осы қосқышқа монитор жалғанады.

Графикалық тақша мынадай бөліктерден тұрады:

• графикалық процессор (Graphic Processor Unit - графикалық процессор құрылғысы) — мониторда бейнеленетін кекіндерді шығаруға қажетті есептеулерді орындай отырып орталық процессорды артық салмақтан арылтады. Үшөлшемді графиканың командаларын өңдеуге қажетті есептеулерді орындайды. Графикалық тақшаның негізі болып табылады, өйткені құрылғының жылдам әрекеттілігі мен мүмкіндіктері тікелей осыған байланысты. Қазіргі графикалық процессорлар орталық процессор секілді өте күрделі құрылғы, өйткені графикалық процессордағы транзисторлардың саны орталық процессордағыдан асып түседі.

• видеоконтроллер — видеожадта кескіндердің қалыптасуын қамтамасыз етеді және ЦАТ-тан келіп түскен сұраныстарды өңдеу қызметін атқарады.

• видеожад — графикалық процессордың өңдеуімен монитор экранына шығатын кескінді сақтауға қажетті кадрлық буфердің міндетін орындайды. Видеожадта сонымен қатар экранда кей мезгілде көрінбейтін элементтер мен басқа да деректер сақтаулы тұрады.

• цифрлық аналогтық түрлендіргіш (ЦАТ) — видеконтроллердің жасаған кескіндерін аналогты мониторда бейнеленетін кескіндерге түрлендіреді.

• видео-ТЖҚ (Video ROM) — ішінде экрандық қаріптер, қызметші кестелер, BIOS-видео және т.б. жазулы тұратын тұрақты жадтау құрылғысы. ТЖҚ тікелей видеоконтроллермен емес, орталық процессормен байланысып тұрады. ТЖҚ-да сақтаулы тұрған BIOS-видео негізгі операциялық жүйе жүктелгенге дейін видеокартаның іске қосылып, жұмысқа кірісуін қамтамасыз етеді. BIOS-видео-да видеодрайвердің жұмыс кезінде пайдаланатын жүйелік деректері сақтаулы тұрады.

• салқындату жүйесі — видеопроцессор мен видеожадтың температуралық режимін қалыпты деңгейде сақтап тұру үшін қолданылады.

Алғашқы дербес компьютерлерде видеоадаптерлер болған жоқ. Оның орнына оперативті жадта видеодеректерді сақтау үшін кішкене ғана аймақ бөлінетін.

4.4-сурет. Мәліметтерді жинақтауыштар

Мәліметтерді жинақтауыштар дегеніміз мәліметтерді жазып сақтауға арналған сыртқы жады. Мәліметтерді сақтау құрылғысына байланысты магниттік, лазерлік дискілер, магниттік таспадағы жинақтауыштар болып бөлінеді. Магниттік диск - жалпақ дөңгелек табақша немесе диск түрінде жасалған, беті магниттік қабықшамен қапталған металл немесе шыны пластина. Олардың иілгіш және қатқыл түрлері бар.

Қатқыл магниттік диск (винчестер) – қабаттасқан біртұтас бірнеше металл немесе шыны дискілерден тұратын, жедел жұмыс атқарып, көлемді ақпарат мөлшерін сақтайтын мәлімет жинақтауыш. Қатқыл магниттік дискінің негізгі сипаттамалары: сыйымдылығы, бағасы және жұмыс жасау жылдамдығы.

Қатқыл диск ауа кірмейтіндей жабық корпусқа салынып, жүйелік блокқа орнатылады. Оның дискілері жылдам айналып, кез-келген мәліметтер көлемін сенімді түрде сақтайды. Қатқыл дискінің негізгі бөліктері: сырты магнитпен жалатылған қатқыл дискілер (пластиналар), позициялау құрылғысынан тұратын бастиектер блогы, шпиндель электрожетегі, электроника блогы және сырты мықты темірден жасалған корпус. Қатқыл дискінің жұмыс істеу принципі магнитофондарға ұқсайды.

Қатқыл дискіге  «винчестер» деген атау әуелі қалжың ретінде берілген болатын, өйткені бұл құрылғының кейбір техникалық сипаттамалары шынында да осы бір американдықтардың танымал мылтығына ұқсас келетін. Кейін бұл атау үйреншікті болып кеткендіктен, винчестер деп тек қана мылтықты емес қатқыл дискіні де атайтын болды.

Қ

Иілгіш магниттік диск (дискет) – магниттік қабыршағы бар иілгіш диск түрінде жасалған компьютердің алмалы-салмалы сыртқы сақтауыш құрылғысы. Иілгіш дискінің диаметрі 89 мм, яғни 3,5 дюйм болса, оны микродиск деп атайды. Диаметрі 133 мм иілгіш магниттік диск: мини-диск.

азіргі заманғы компьютерлердің барлығында дерлік ақпаратты сақтау үшін негізгі құрылғы ретінде қатқыл диск қолданылады.

Иілгіш магниттік дискінің көлемі 1,44 мегабайт. Дискеттер қатты пластмасса қорапта орналасады, сол себепті олар ұзақ әрі сенімді қызмет атқарады.

C

Оптикалық (лазерлік) диск – лазерлік технология арқылы мәлімет жазу мен оқуға арналған ақпарат жинақтауыш. Оптикалық дискідегі жинақтауыштардың ерекшелігі – жұмыс жасау жылдамдығы жоғары және мәліметтер сыйымдылығы үлкен.

D және DVD дикжетектері ақпарат тасымалдау мүмкіндігін берді.

Үлкен көлемде ақпарат тасымалдау үшін CD-ROM компакт-дискілерін қолданған тиімді. CD-ROM («Compact Disk Read Only Memory» - жады оқылатын компакт диск) ақпаратты сақтау үшін кең көлемде қолданылатын ақпарат тасымалдаушылардың бірі. Компакт дискінің ақпарат сыйымдылығы 650-700 МБайт шамасында.

Компакт-дискілерде барлық мәлімет иілгіш дискілердегідей магнитті емес, оптикалық принциппен сақталады. Дискідегі барлық мәлімет лазерлік сәуленің көмегімен оқылады.

Компакт-дискідегі мәліметтерді оқу үшін CD-ROM дискжетегі қолданылады. CD-ROM дискжетегінің негізгі параметрі – оқу жылдамдығы. Оқу жылдамдығының өлшем бірлігі ретінде 80-жылдары музыкалық компакт дискілердің (аудиодискілер) оқу жылдамдығы ретінде белгіленген өлшем бірліктер қолданылады. Қазіргі заманғы CD-ROM дискжетектерінің оқу жылдамдығы 40х–52х. Компакт-дискілердің CD-R (Compact Disk Recordable) және CD-RW (Compact Disk ReWritable) деген түрлері болады. CD-R дискілерге ақпаратты бір рет, ал CD-RW дискілерге бірнеше рет жазуға болады.

DVD (ағылш. Digital Versatile Disc – көпмақсатты сандық диск немесе Digital Video Disk – сандық видеодиск) – сыртқы түрі компакт-дискіге ұқсағанымен, одан да көп мөлшерде мәліметті сақтауға мүмкіндік беретін ақпарат тасымалдаушы. DVD-дің қарапайым компакт-дискіден айырмашылығы ондағы мәліметті оқып-жазу үшін қысқа толқынды лазер қолданылады. Бірқабатты біржақты DVD-дің ақпарат сыйымдылығы 4,7 ГБайт. DVD бір немесе екі жақтан немесе екі жақ бетінде де орналасатын екі қабаттан тұруы мүмкін. Алғашқы осындай дискілер мен ойнатқыштар 1996 жылдың қараша айында Жапон елінде, 1997 жылдың наурыз айында АҚШ-та пайда болды.

DVD-дің оқу/жазу жылдамдығы - 1 385 000 байт/с шамасында. (1352 КБайт/с=1,32 МБайт/с)

Blu-ray Disc немесе қысқаша BD (ағылшынша blue ray – көгілдір сәуле және disc - диск) – сандық деректерді, соның қатарында жоғары сапалы видеоны сақтау үшін қолданылатын оптикалық дискілердің жаңа буыны.

Blue ray деген сөз тіркесі өз атауын DVD-мен салыстырғанда анағұрлым көп мәліметті оқып-жазуға мүмкіндік беретін қысқа толқынды 405 нм «көк» түсті (техникалық күлгін-көк) лазерге байланысты алған болатын. Бірқабатты Blu-ray (BD) дискіде 27 Гбайтқа дейін ақпарат сыйғызуға болады.

Бірнеше секторлардан тұратын файлдарды жазуға арналған магниттік дискідегі жады бірлігі кластер деп аталады. Ол операциялық жүйемен бөлінетін дискідегі жадының блогын құрайды. Бір кластерге жеке файл немесе оның бөлігі жазылуы мүмкін. Операциялық жүйеде әрбір кластерге ерекше нөмір беріледі. Сыйымдылығы 1,44 мегабайт дискеттерде әрбір кластер бір секторға тең. Қатқыл дискіде бір кластерде 1, 2, 4, 8 және одан да көп секторлар болуы мүмкін.

Контроллер – компьютердің жеке құрылғыларының жұмысын басқаратын электрондық схема. Контроллер құрылғы сигналдарын шинаның сигналдарымен сәйкестендіреді және орталық процессордан түскен командалар бойынша құрылғыларды басқарады. Индикатор – құрылғының қалып–күйін, мәліметтердің өзгерісін немесе программаның орындалуын көрсетуге арналған.