Будова ПК. Системний блок

.

1. Поняття про апаратне та програмне забезпечення.

Будь-який ІВМ - сумісний персональний комп'ютер включає в себе дві основні складові:

1. Апаратне забезпечення: всі частини ПК та додаткові пристрої.

2. Програмне забезпечення: операційні системи і прикладні програми.

Операційна система - це сукупність спеціальних програм, які здійснюють завантаження ПК і керують його роботою, аж до вимкнення живлення.

Прикладне програмне забезпечення - це програми або пакети програм, орієнтовані на вирішення конкретних задач.

Апаратне забезпечення має такі складові:

• системний блок;

• пристрої введення-виведення інформації.

Системний блок розміщений у корпусі. Корпуси бувають двох типів:

1. Горизонтальна стійка - desk top (мал. 1.1. а).

2. Вертикальні стійки, які поділяються за розміщенням: mini-tower, midi-tower, big-tower.

Mini - tower ставлять на стіл (мал. 1.1.6).

Midi-tower - прикріпляють збоку до стола (мал. 1.1 .в).

Big-tower - ставлять на підлогу (мал. 1.1.г).

Основним елементом системного блоку є материнська плата (Mainboard), зображена на мал. 1.2 д., на ній кріпиться більшість елементів системного блоку.

О сновним елементом, що знаходиться на материнській платі є процесор (мал. 1.2 е). Поряд з ним може знаходитись співпроцесор в моделях до 486SX, а в більш нових - співпроцесор вбудований в процесор.

Процесор (мал. 1.3.) - це велика інтегральна мікросхема, яка є основним елементом ПК і виконує такі функції:

• арифметично-логічні операції;

• узгоджує роботу всіх пристроїв ПК та керує ними;

• лічильник команд.

Співпроцесор - додатковий математичний процесор для виконання операцій з плаваючою крапкою.

КЕШ-пам'ять - це спеціальна пам'ять, яка призначена для вирівнювання швидкостей роботи ОП та процесора, оскільки ОП значно повільніша за процесор.

Основні характеристики:

1. Тактова частота - кількість імпульсів, що обробляються процесором, вимірюється в Герцах (Гц):

1 Гц -1 імпульс за 1 секунду;

1 КГц = 1000 Гц;

1 МГц = 1000 КГц = 1000 000 Гц.

2. MIPS - кількість мільйонів операцій, що виконуються процесором за одну секунду. Операція - це найпростіша дія, яку виконує процесор. 1 MIPS - за 1 секунду процесор виконує 1 млн. найпростіших операцій.

3. Кількість оперативної пам'яті, з якою може спілкуватися процесор.

Оперативна пам'ять - це пам'ять, в якій знаходиться програма, коли вона запущена і працює. Величина пам'яті вимірюється в бітах та байтах.

1 Bit (біт) - це найменша одиниця інформації рівна одиниці або нулю (тобто є імпульс або його немає).

1 Byte (байт) = 8 Bit.

1К (кілобайт) = 1024 Byte.

ЇМ (мегабайт) =1024 К.

1 Г (гігабайт) =1024 М.

1Т(терабайт)=1024Г.

4. Розрядність процесора. Розрядність - це кількість біт, які може опрацювати процесор за один такт. Процесори бувають 8,16,32,64 розрядів.

5. Кількість транзисторів, які поміщаються на одному кристалі.

В сучасних ПК процесор встановлюється на материнську плату в спеціальний роз'єм (в більш старих моделях він впаяний безпосередньо в плату), що дозволяє в разі необхідності модернізувати ПК. Найпоширенішим стандартом роз'єму для Pentium подібних моделей є Socket (321-pin). В моделях Pentium II використано стандарт SEC (Single Edge Contact - контакти з одного боку), де процесор поміщено в спеціальний картридж, разом із вторинним КЕШ. Виводи картриджу розміщено в ряд вздовж однієї лінії. Для цього картриджу потрібна спеціальна конфігурація материнської плати.

П оряд з процесорами фірми Intel значну частину ринку процесорів охоплюють фірми AMD (Advanced Micro Devices) та Cyrix. Процесори від AMD з кодовими назвами К5 і К6 аналогічні моделям Pentium, Pentium Pro та Pentium II. Процесор від Cyrix - М2 аналогічний Pentium II. Ці процесори приваблюють користувачів нижчою ціною при майже однакових характеристиках, порівняно з аналогічними моделями Pentium. В зв'язку з високою концентрацією електронних компонентів, в сучасних мікропроцесорах використовують спеціалізовані системи охолодження (радіатори, вентилятори).

В спеціальну групу входять процесори Over Drive, які при спільному використанні з основним процесором збільшують швидкодію системи на 25-150%. Такі процесори широко використовують при модернізації (upgrade) ПК до більш потужного.

Одним з основних елементів, який кріпиться на материнській платі, є також мікросхема BIOS (Basic Input Output System) - базова система введення - виведення (мал. 1.4.). BIOS призначений для:

• початкового завантаження ПК;

• тесту всіх складових ПК на виявлення помилок;

• виконання переривань BIOS.

П ереривання - це зупинка роботи однієї програми, або пристрою ПК для виконання дій іншим пристроєм, або програмою. Кожне переривання має свій номер (адресу) від 0 до 20 переривання BIOS, а 21 і вище - операційної системи.

BIOS повинен бути завжди активним, тобто на нього повинно постійно поступати живлення. Для цього на материнській платі є внутрішній акумулятор, який здійснює живлення BOIS та таймера (внутрішнього годинника).

BIOS називають постійною пам'яттю комп'ютера - ROM (Read Only Memory). В ньому знаходиться спеціальна програма CMOS Setup (CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), яка містить інформацію про конфігурацію ПК та підпрограми автоматичного визначення конфігурації, встановлення паролів. В конфігурацію ПК входять параметри пристроїв апаратної частини. В BIOS входить також підпрограма POST (Power-On Self Test), яка здійснює тестування всіх основних пристроїв апаратної частини в момент включення живлення (перед початком завантаження ПК). У випадку виявлення серйозних помилок POST припиняє завантаження і видає код помилки та звукове повідомлення. Після закінчення POST-тесту BIOS здійснює пошук системного диску.

Новим напрямком розвитку BIOS є використання в ньому підпрограм для автоматичного визначення нових зовнішніх пристроїв (стандарт Plug and Play –“вмикай і працюй”). Специфікація визначає засоби і способи взаємодії периферійних пристроїв з BIOS ПК і операційною системою, що дозволяє вирішувати конфлікти через системні ресурси з мінімальною участю користувача. Практично це означає непотрібність на додаткових платах будь-яких перемичок і перемикачів. Слід відмітити, що для повної реалізації технології Plug and Play, необхідними є наявність чотирьох основних компонентів; BIOS, що підтримує цю технологію, відповідної операційної системи, плати розширення і відповідне програмне забезпечення.

Найбільш поширеними в Україні є BIOS виробництва Award, AMI та Phiontex.

На материнській платі знаходяться мікросхеми оперативної пам'яті (ОП). Оперативна пам'ять (RAM - Random Access Memory) - це пам'ять, в яку можна помістити дані та програми з моменту їх запуску. Власне з цією пам'яттю працює процесор. При запуску прикладної програми вона копіюється з носія інформації в ОП.

Програма, яка постійно знаходиться в ОП, аж до перезавантаження ПК, називається резидентною.

О перативна пам'ять характеризується високою швидкодією та коротким часом доступу (10-120 нс).

Оперативна пам'ять реалізована на мікросхемах динамічної пам'яті (DRAM -Dynamic RAM).

Крім мікросхем динамічної пам'яті в ПК використовують і статичну пам'ять (SRAM -Static RAM). Основними відмінностями між цими типами пам'яті є різниця в швидкодії, методах регенерації та зберігання даних. В мікросхемах динамічної пам'яті кожна комірка - це конденсатор, що поступово розряджається (звідси і назва "динамічна"). Це вимагає постійної їх регенерації (перезарядки). На це витрачається багато часу, тому швидкодія даної пам'яті дещо нижча ніж процесора. Кожна комірка статичної пам'яті, це напівпровідниковий діод, який не вимагає постійної регенерації, але вона є дуже дорогою, і тому використання великих об'ємів статичної пам'яті на ПК недоцільно. В основному її використовують, як КЕШ-пам'ять (швидкодія її приблизно аналогічна процесору).

Існує також SDRAM (Synchronize Dynamic RAM), яка є пришвидшеним варіантом динамічної пам'яті.

В старих моделях ПК (до 80286) оперативна пам'ять впаювалась безпосередньо на материнську плату. У випадку необхідності можна було використовувати додаткову пам'ять (Expanded - EMS), яка розміщувалась на окремих роз'ємах - слотах розширення. В сучасних ПК, як правило, мікросхеми оперативної пам'яті об'єднуються по декілька (2,3,6,9,16) і розміщуються на окремій платі SIMM (Single in-line memory modules). Модулі SIMM встановлюються на материнській платі у спеціальні роз'єми, які називаються слотами. Кількість їх - 4, 6 або 8. На ПК класу 386 використовують модулі SIMM з 30 контактами (30 ріп) (мал. 1.5. нижній SIMM), а в новіших - 72-х контактні (мал. 1.5).

Пам'ять, розміщена на SIMM-ax, за адресацією логічно розбита на два основних типи: базова (Base) до 1М і розширена (Extendet-XMS) - вище 1М.

Останнім часом мікросхеми SDRAM-пам'яті організовують у DIMM-модулі з 168 виводами, які встановлюють в спеціальні слоти.

На материнській платі розміщений кварцовий тактовий генератор. Він призначений для створення тактових імпульсів, що поступають на процесор. Крім кварцового генератора на материнській платі знаходяться інші додаткові мікросхеми (chipset), що обслуговують процесор та інші складові.

Одним з елементів материнської плати є спеціальні роз'єми, які містять контакти для шини керування, шини даних та адресної шини, їх називають слоти розширення. В слоти розширення встановлюються додаткові плати (дочірні), які називають контролерами та адаптерами.

Контролер чи адаптер - це спеціальна плата або електрична схема, яка служить елементом зв'язку між процесором і зовнішніми пристроями.

Тоді, як контролер є керуючим елементом периферійного пристрою, то адаптер є лише узгоджуючим елементом, що виконує функції дешифратора базових адресів зовнішнього пристрою.

Плата контролера взаємодіє з ПК (процессором і RAM) через три основних шляхи:

• двонаправлені лінії запиту переривань IRQ (Interrupt request), шириною 1 біт;

• канали прямого доступу до пам'яті DMA (Direct Memory Access), шириною 8/16/32 біт;

• порти вводу - виводу I/O Ports, шириною 8/16/32 біт.

Порти (інтерфейси) - це стандартні канали, по яких відбувається передача даних між ПК і зовнішніми пристроями. Порти поділяють на:

• послідовні (Serial) - СОМІ-COM4, передача даних здійснюється побітно (послідовно сигнал за сигналом), за стандартом RS-232.

• паралельні (Parallel) - LPT1-LPT4, передача здійснюється по 8 біт одночасно (8 сигналів ідуть паралельно).

Послідовні порти використовують для під'єднання повільних зовнішніх пристроїв (маніпулятор "миш", плотер, модем та ін.) До паралельних портів поєднують принтери, деякі модеми і т.д.

Найнеобхіднішим серед всіх адаптерів є відеоадаптер (мал. 1.6), який взаємодіє з дисплеєм.

На моделях до 486-ї необхідним було використання МІО (Multi Input-Output ) - контролера жорстких і гнучких дисків та портів. В сучасних моделях цей контролер інтегровано (вбудовано) в материнську плату.

Електричні сигнали і лінії по яких вони передаються до слотів розширення називають шинами (bus). В зв'язку з еволюцією ПК, на сьогоднішній день існує декілька стандартів шин.

Найпоширенішою є шина ISA (Industry Standard Architecture (мал. 1.7) - промислова стандартна архітектура). Ця шина 16-ти бітна, але на ній можуть функціонувати 8-ми бітні плати, використовуючи частину шини.

В процесорах 486 було реалізовано модернізовану шину EISA (Extended Industry Standard Architecture), яка забезпечує 32-розрядну передачу даних і має покращену систему переривань та арбітраж DMA.

Недавно з'явилися декілька нових стандартів шин, які призначені для збільшення швидкодії ПК, дозволяючи адаптерам працювати з тактовою частотою 33 МГц і вище. Вони реалізовані в nmrnVL-bus, яка запропонована асоціацією VESA (Video Electronics Standards Association), та РСІ (Peripheral Component Interconnect), що є розробкою фірмою Intel. Специфікація шини РСІ (мал. 1.7.) має свої переваги перед іншими шинами, оскільки вона забезпечує високу швидкодію і гнучкість (незалежність від процесора, периферійних пристроїв, платформи). Всі ці переваги з'явились завдяки тому, що шина РСІ організована за принципом mezzanine-шин, тобто між локальною шиною мікропроцесора і самою шиною РСІ знаходиться спеціальна узгоджуюча мікросхема.

Д ля процесорів Pentium II та К6 розроблено універсальну послідовну namy USB (Universal Serial Bus), з портами для підключення USB-сумісних мишей, клавіатур, відеокамер та інших периферійних пристроїв. Новий стандарт полегшує роботу систем, що перегружені периферією. Завдяки ланцюговій організації з'єднань не виникає недостатку портів. Шина USB підтримує стандарт Plug & Play.

В системному блоці розміщено також блок живлення (мал. 1.8.), який перетворює змінну напругу від електромережі у постійну напругу величиною 5В, 3,3В та 2,5В. Живлення до материнської плати та всіх інших пристроїв подається за допомогою спеціальних кабелів, які закінчуються типовими роз'ємами. Вмикач живлення виведено на передню панель системного блоку - кнопка POWER.