Устройство персонального компьютера (Программное обеспечение персональных компьютеров)

Содержание:

Введение

Работа посвящена исследованию устройства персональных компьютеров (ПК), ее актуальность заключается в том, что в настоящее время ПК используется практически во всех сферах человеческой жизнедеятельности, в том числе и бытовой. Рынок персональных за последние несколько лет согласно [11, 13] динамично развивается – средний ежегодный прирост поставок данной техники в штучном измерении составляет около 15%. При такой динамике с каждым годом появляется все больше и больше персональных компьютеров [7]. Поэтому их четкая классификация, определения их назначений и устройства являются актуальными задачами.

Объектом исследования данной работы являются персональные компьютеры. Предметом исследования является устройство персональных компьютеров.

Целью работы является анализ устройства современных персональных компьютеров. Для ее достижения в работе решаются следующие задачи:

• Обзор основных определений и назначений персональных компьютеров;
• Обзор основных принципов классификаций персональных компьютеров;
• Обзор основных элементов состава персональных компьютеров;
• Обзор и анализ основных внутренних устройств персональных компьютеров;
• Обзор и анализ основных внешних устройств персональных компьютеров;
• Выбор архитектуры и состава устройств персонального компьютера на примере.

Прикладная значимость работы заключается в систематизации информации, связанной с классификацией персональных компьютеров, состава их внутренних и внешних устройств, а также принципов их выбора для различных задач.

Вопросы терминологии, классификации и назначения персональных компьютеров подробно рассмотрены в работах [7, 11-13], а также в нормативно-правовых актах [1-3]. Архитектура ПК, их основные устройства представлены в трудах [4, 5, 9], а основные принципы подбора исследованы в [14]. Достоверность представленных источников не вызывает сомнений, т.к. часть их представлена в РИНЦ, а также все они изданы в печатном виде, что предполагает наличие экспертных оценок данных трудов от компетентных рецензентов.

1. Назначение, состав и классификация персональных компьютеров

1.1. Основные определения и назначение персональных компьютеров

Согласно ГОСТ 15971-90. Системы обработки информации. Термины и определения [1], который имеет статус действующего на момент написания данной работы, персональный компьютер это «настольная микроЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности». Под это определение в настоящее время попадает значительное количество разнообразных вычислительных устройств, которые рассмотрены в следующем разделе.

Согласно [2] выделяют следующие назначение персональных компьютеров с точки зрения обработки информации:

• Индивидуальное использование в бытовых целях;
• Массовое обучение в производственных условиях (ученические рабочие места);
• Профессиональное использование (текстовая обработка, расчеты, планирование);
• Профессиональное использование (наука, здравоохранение, образование, управление и т.д.).

Для большинства персональных компьютеров характерны следующие базовые функциональные возможности [11]:

• обработка текстовой информации;
• обработка табличной информации;
• обработка графической информации;
• работа в локальной сети;
• управление базами данных;
• трансляция с языков программирования, определенных существующими стандартами [2].

Однако, в настоящее время с развитие аппаратного и программного обеспечения для персональных компьютеров спектр решаемых на их базе задач значительно расширился. Ниже представлен перечень основных из них [11]:

• Сетевой терминал [13] – базовые функциональные возможности для, так называемого, веб-серфинга – поиска и обработки данных представленных в глобальной сети;
• Офисные приложения [7] – базовые функциональные возможности для обработки текстовой, табличной, графической информации;
• Сервер [9] – базовые функциональные возможности для хранения, обмена и организации доступа к большому объему данных;
• Игровые возможности [11];
• Развлекательные функции [14] – базовые функциональные возможности для игр, просмотра видео-информации, прослушивания музыки и т.д.
• Рабочие станции [14] – базовые функциональные возможности для обеспечения обмена информацией с сервером;
• Приложения для редактирования видео [11] – базовые функциональные возможности для создания, обработки и хранения видео информации;
• Приложения для производства музыки [12] – базовые функциональные возможности для создания, обработки и хранения аудио информации;
• CAD/CAM – системы [11] – функциональные возможности, обеспечивающие автоматизированное проектирование различных систем;
• Различные специализированные автоматизированные информационные системы [13].

Назначение персонального компьютера во многом определяет его устройство: состав и характеристики комплектующих, а также используемое программное обеспечение.

1.2. Классификация персональных компьютеров

В ГОСТ 15971-90. Системы обработки информации. Термины и определения [1] представлена классификация персональных компьютеров, а также соответствующие требования к их характеристикам в зависимости от решаемых с их помощью задач. Однако, несмотря на действующий статус, данный стандарт морально устарел, т.к. характеристики существующих в настоящее время компьютерных устройств значительно превосходят указанные в нем. В частности, в требованиях к объему ОЗУ, используются килобайты в качестве единиц измерения, в то время, как соответствующие характеристики актуальных устройств измеряются в гигабайтах. Также в требованиях [2] используются понятия гибких магнитных носителей, которые не используются уже несколько десятилетий. Поэтому классификацию, представленную в данном документе, использовать для современных устройств не целесообразно.

Более современная система классификации персональных компьютеров представлена в стандарте PC99 [15], который содержит рекомендации и требования к IBM-совместимым компьютерам компаний Microsoft и Intel. Несмотря на устаревание многих положений данного стандарта, принципы классификации по назначению персональных компьютеров актуальные и в настоящее время. Согласно РС99 выделяют следующие классы персональных компьютеров:

1.      Пользовательский персональный компьютер (Consumer PC);

2.      Офисный персональный компьютер (Office PC);

3.      Портативный персональный компьютер (Mobile PC);

4.      Рабочая станция (Workstation PC);

5.      Развлекательный персональный компьютер (Entertainment PC).

По поколениям (в зависимости от разрядности процессора) процессоров персональные компьютеры подразделяются:

• • Персональные компьютеры 1-го поколения - используют 8-битные микропроцессоры;
  • Персональные компьютеры 2-го поколения - используют 16-битные микропроцессоры;
  • Персональные компьютеры 3-го поколения .-используют 32-битные микропроцессоры;
  • Персональные компьютеры 4-го поколения - используют 64-битные микропроцессоры.

В настоящее время актуальны ПК 3-го и 4-го поколения.

С точки зрения портативности персональные компьютеры [11] разделяют на:

• Стационарные:
  • Настольный компьютер, согласно [13] – компьютер, основной блок которого предназначен для постоянного места размещения, чаще всего на поверхности стола или на полу. Настольные компьютеры не предназначены для переноски. Совместно с ними используют внешний дисплей, клавиатуру и манипулятор типа "мышь". Настольные компьютеры предназначены для выполнения широкого спектра задач в офисе и дома.
  • Интегрированный настольный компьютер [14] (моноблок) – стационарный ПК, у которого системный блок и дисплей объединены в единый элемент и в который напряжение питания переменного тока подается по одному сетевому кабелю.
  • Микро-компьютеры (компьютеры-стики, платформы, неттопы) [11] – персональные компьютеры, представляющие собой системные блоки, заключенные к небольшой портативный корпус, имеющий интерфейсы подключения к устройствам вывода (монитору, ЖК-телевизору и т.д.) и ввода.
• Мобильные:
  • Ноутбук – [4] компьютер, специально сконструированный для переноски и предназначенный для работы в течение продолжительного периода времени при непосредственном подключении к источнику сетевого питания или без него. В ноутбуках используется встроенный дисплей. Ноутбук способен работать от встроенной батареи. Кроме того, для большинства ноутбуков используется внешний ИП, в них имеется встроенная клавиатура и координатно-указательное устройство.
  • Планшет [11] – переносной компьютер, в котором клавиатура и указательное устройство интегрированы в сенсорный экран.
  • Карманный компьютер [10] – по сути планшет, обладающий небольшими размерами. В настоящее время как самостоятельное устройство встречается редко, в основном используясь вместе с модулем связи (смартфон).

Несмотря на большое разнообразие различных типов персональных компьютеров, все они имеют схожее устройство. Рассмотрим их базовый состав.

1.3. Состав персональных компьютеров

Базовый состав персонального компьютера [14]:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатура;
• мышь.

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, — внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и дли­тельного хранения данных, также называют периферийными [13].

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персо­нальных компьютеров выпускают в горизонтальном и вертикальном исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный, среднеразмерный и малоразмерный. Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские [12].

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Прежним стандартом корпуса персональных компьютеров был форм-фактор AT, в настоящее время в основном используются корпуса форм-фактора ЛТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы [10].

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким , образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт.

Монитор [9] — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими пара­метрами являются: тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регене­рации изображения, класс защиты.

Сейчас наиболее распространены мониторы двух основных типов на основе элек­тронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК). ЭЛТ - мониторы обеспечивают лучшее качество изображения, но в пользу жидкокристаллических мониторов говорит их компактность, небольшой вес, идеально плоская поверхность экрана.

Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части экрана по диагонали. Единица измерения - дюймы. Стандартные размеры: 14", 15"; 17", 19", 20", 21" и более. В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 (ЖК) и 17 дюймов (ЭЛТ), а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм (ЭЛТ) [10].

Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также назы­вают частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор[14].

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения может быть заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Для ЭЛТ - мониторов минимальным считают значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным — 100 Гц и более. У жидко­кристаллических мониторов изображение более инерционно, так что мерцание подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц уже считается комфортной.

Клавиатура [11] — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управ­ления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Мышь [13] — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плос­кую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверх­ности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Внутренние устройства системного блока [12]:

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

• процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

• микропроцессорный комплект (чипсет) — 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;

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

• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

На рисунке 1 представлен базовый состав персонального компьютера [10].

Рисунок 1. Базовый состав персонального компьютера

Обозначения:

1 — монитор [9],

2 — материнская плата,

3 — центральный процессор,

4 — оперативная память,

5 — карты расширений [11],

6 — блок питания,

7 — оптический привод,

8 — жёсткий диск [5],

9 — компьютерная мышь,

10 — клавиатура.

Оптический привод [11] в настоящее время используется все реже, т.к. актуальные технологии создания внешних запоминающих устройств позволяют создавать компактные носители информации большой емкости.

Выводы. Проведенный в данной главе анализ показал, что основным назначением персональных компьютеров в настоящее время является обработка информации в широком смысле этого слова. Персональные компьютеры в настоящее время представлены большим количеством устройств различного типа с точки зрения назначения и исполнения. Однако при этом они имеют одинаковый состав базовых комплектаций, а их составные части могут объединяться в единые блоки в зависимости от типа персонального компьютера. При этом, как показал обзор действующих в настоящий момент нормативно-правовых актов [1-3], определяющих терминологию, состав и требования к персональным компьютерам, многие из них устарели с точки зрения актуальных технологий.

2. Основные устройства персональных компьютеров

2.1. Внутренние устройства персональных компьютеров

Основу внутреннего устройства персонального компьютера составляет материнская плата, на которой разме­щаются [11]:

• процессор [11];
• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих рабо­той внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы [14];
• шины [10] — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• ОЗУ [10];
• ПЗУ [5];
• Видеоадаптер [11] – устройство, предназначенное для обработки и вывода графической информации на монитор;
• Слоты [11] – разъемы для подключения дополнительных устройств.

ПЗУ (Жесткий диск) — основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. В настоящее время, обычно, используются жесткие диски двух типов:

• HDD – накопитель на жестких магнитных дисках. Обладает большей надежностью, но имеет низкую скорость записи и чтения данных;
• SSD – твердотельный накопитель. Обладает высокой скоростью чтения и записи, но имеет низкую надежность.

Управление работой жесткого диска выполняют специальные аппаратно-логические устройства — контроллеры, которые в настоящее время, обычно, интегрируются в жесткий диск.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. В настоящее время емкость HDD измеряется, обычно в терабайтах, SDD – в гигабайтах.

Видеокарта (видеоадаптер) – устройство для управления обработкой и выводом графической информации. Видеоадаптер зачастую выполняется в виде интегрированного в материнскую плату чипсета [13].

Видеоускорение [11] — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппарат­ным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители обычно входят в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения). Несколько лет назад существовали и видеоускорители, которые поставлялись в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей [11] — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными програм­мами, использующими стандартный интерфейс (обычно офисного применения), и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компью­терных игр, и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графи­ческих операций. Все современные видеокарты обладают функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

Звуковая карта – устройство для управления обработкой и вводом и выводом звуковой информации. Звуковая карта зачастую выполняется в виде интегрированного в материнскую плату чипсета или устанавливается в один из разъемов материнской платы в виде дочерней карты [12]. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая коли­чество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифро­вую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняш­него дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разряд­ные и 64-разрядные устройства.

ОЗУ (Оперативная память) [14] — это массив кристалли­ческих ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов опе­ративной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) [13] и статическую память (SRAM) [13].

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспо­могательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптими­зации работы процессора.

В современных компьютерах обычно применяют три типа модулей оперативной памяти. Модули памяти SDRAM (DIMM-модули) [11] сегодня уже считаются устаревшими и используются в компьютерах прошлых поколений. Наиболее распростра­нены модули типа DDR SDRAM (DDR DIMM), обеспечивающие более быстрый доступ к памяти.

Процессор [10] — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки опера­тивной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

Основными параметрами процессоров явля­ются [12]:

• разрядность,
• рабочее напряжение,
• рабочая тактовая частота,
• тип чипсета,
• количество ядер,
• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты
• размер кэш-памяти.

Также на материнской плате имеется отдельный блок энергонезависимой памяти, в которую записан комплект программ, образующий базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System) [14].

Сетевой интерфейс или NIC (network interface controller) – это периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. [8].

Сетевые интерфейсы классифицируются в зависимости от вида среды передачи, типа кабеля, а также поддерживаемой технологии (Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п.).

В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Назначение сетевых адаптеров: обеспечение физического соединения между устройствами и кабелем (или эфиром).

Основные функции сетевых адаптеров:

• Осуществление непосредственной передачу и приема кадров в среде передачи. Они реализуют два первых уровня модели OSI – физический и канальный.
• На физическом уровне преобразование последовательных сигналов из линии связи в параллельные и передача их в шину данных узла или сетевого устройства [8].

Основным параметром сетевого интерфейса является физический адрес. Этот адрес называется MAC-адрес (Media Access Control) и является уникальным идентификатором сетевой платы. Этот адрес присваивается изготовителем [11].

Еще одним параметров сетевого интерфейса, который назначается операционной системой, является логический адрес, называемый IP-адресом. Он относится к третьему, сетевому уровню модели OSI и используется при маршрутизации данных между локальными сетями.

Узел или сетевое устройство может содержать несколько сетевых интерфейсов, каждый из которых обладает уникальным MAC-адресом и IP-адресом, уникальным в пределах данной локальной сети.

Также из внутренних устройств персонального компьютера можно отметить следующие:

• Систему охлаждения [14] – блок, ответственный за отвод тепла от процессоров и видеоадаптеров с целью предупреждения перегрева;
• Блок питания [14] – устройство, обеспечивающее электропитание основных комплектующих персонального компьютера, поддержание заданного напряжения;
• Контроллеры портов USB3.0 и 2.0 – устройства обеспечивающие работу данных портов [12];
• Каналы для подключения устройств с интерфейсом SATA/e-SATA [5].

2.2. Внешние устройства персональных компьютеров

Периферийные или внешние устройства ПК к его интер­фейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. По назначению внешние устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных [13]:
  • клавиатуры;
  • мыши;
  • сенсорные экраны;
  • графические планшеты;
  • сенсорные панели;
  • сканеры;
  • веб-камеры;
  • микрофоны;
  • специализированные устройства (датчики, контроллеры и т.д).
• устройства вывода данных [11, 13]:
  • мониторы;
  • очки и шлемы виртуальной реальности;
  • принтеры, многофункциональные устройства;
  • плоттеры;
  • информационные панели;
• устройства хранения данных [5, 12]:
  • внешние HDD;
  • внешние SSD;
  • оптические диски;
  • Flash-память различного типа;
  • Сетевые хранилища.
• устройства обмена данными [8]:
  • сетевые адаптеры, подключаемые через USB.

Мыши и клавиатуры были рассмотрены выше, остальные устройства ввода имеют обширную специфику использования и характеристик [12], которые выходят за рамки данной работы.

Для вывода графических данных кроме мониторов используют различные печатающие устройства (принтеры, МФУ, плоттеры), позволяющие получать копии документов на материальном носителе. По принципу действия различают следующие принтеры:

• матричные (в настоящее время практически не используются)[11];
• лазерные[11];
• струйные [14].

Основные характеристики принтеров:

• Скорость печати (страниц в минуту);
• Разрешающая способность (точек на дюйм);
• Поддерживаемые форматы бумаги;
• Количество цветов.

В качестве устройства хранения данных в персональных компьютерах используются внешние аналоги жестких дисков (HDD, SSD), подключаемые через специальные интерфейсы, карты памяти (flash, SD/SDHC/SDXC, CF и т.д.), подключаемые через специальные порты (USB или кард-ридеры), а также различные сетевые хранилища, в том числе и RAID-массивы.

В качестве устройств обмена информацией, как правило, выступают сетевые адаптеры, подключаемые через USB-порты. Обычно, это беспроводные сетевые интерфейсы (адаптеры) - периферийные устройства, позволяющие компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети через беспроводную среду передачи [8].

Назначение сетевых адаптеров: обеспечение физического соединения в беспроводной вычислительной сети.

Основные функции сетевых адаптеров:

• Осуществление непосредственной передачи и приема кадров в среде передачи [8];
• Преобразование последовательных сигналов из линии связи в параллельные и передача их в шину данных узла или сетевого устройства.

Основные параметры сетевого беспроводного интерфейса [14]:

• Физический адрес;
• Поддерживаемые частоты;
• Тип сети и т.д.

Кроме того, существует большое множество других внешних устройств персонального компьютера, позволяющих на его базе решать специфические задачи [11].

2.3. Программное обеспечение персональных компьютеров

Программное обеспечение также можно считать элементом устройства персональных компьютеров, в частности операционные системы управляет работой его отдельных комплектующих, обеспечивая функционирование всего ПК [12].

По назначению выделяют [14] (рисунок 24):

- Общее программное обеспечение;

- Системное программное обеспечение;

- Специальное программное обеспечение.

Рисунок 2. Состав программного обеспечения

Общее программное обеспечение состоит из приложений, предназначенных для работы пользователей на ПК, в том числе и в сети:

• Браузеры[13];
• Мессенджеры[7];
• Клиенты электронной почты[6];
• Офисные программы[7].

Системное программное обеспечение состоит из:

• Операционных систем[6] – комплекс программ, обеспечивающих управление ресурсами персональных компьютеров.
• Сервисного программного обеспечения[6] – приложений, расширяющих возможности операционных систем.
• Систем технического обслуживания[6] – приложений, которые облегчает тестирование и диагностику оборудования, поиск неисправностей.

Специальное программное обеспечение предназначено для решения специфических задач в заданной предметной области.

Основу программного обеспечения представляет собой операционные системы.

Основные функции сетевых операционных систем[7]:

• управление файлами и каталогами;
• управление ресурсами ПК;
• обеспечение отказоустойчивости
• защита от несанкционированного доступа.

В настоящее время большинство компьютерных операционных систем являются сетевыми.

Наиболее распространенные современные операционные системы:

На персональных компьютерах:

• Windows XP, Vista, 7, 8, 10[4];
• Linux[7];
• Unix[7];
• MasOS[6];

На планшетах и смартфонах:

• • IOS[4];
  • Android[4].

MacOS является безальтернативной предустановленной системой на персональных компьютерах производства Apple[12].

При этом операционные системы на базе Windows и Linux зачастую рассматриваются как альтернативы друг другу.

В таблице 1 представлен сравнительный анализ данных систем.

Таблица 1. Сравнительный анализ сетевых операционных систем

Критерии	Linux	Windows
Распространение	Бесплатное распространение через Интернет	Платное распространение на носителях и через Интернет
Защита от несанкционированного доступа и вирусов	Встроенные эффективные средства защиты в ядре	Имеется встроенный сетевой экран и антивирус в виде отдельных приложений.
Простота установки и настройки	Высокая простота установки, низкая простота настройки	Высокая простота установки и настройки
Набор встроенных приложений	Широкий, в том числе и сетевых приложений	Широкий, в том числе и сетевых приложений
Удобство интерфейса	Высокое	Высокое
Совместимость с приложениями	Только приложения для Linux	Только приложения для Windows
Совместимость с устройствами	Низкая за счет малого распространения соответствующих драйверов	Высокая за счет широкого распространения соответствующих драйверов

Как видно, Windows является по критериям совместимости и удобства работы более предпочтительным вариантом, кроме того, Windows имеет более широкое распространение [12].

Достоинством современных операционных систем является их богатый функционал, а также наличие широкого спектра различного встроенного программного обеспечения, в том числе[11]:

• Общего программного обеспечения (браузеры и т.д.) [4];
• Сервисного программного обеспечения (антивирусы и сетевые экраны) [7];
• Систем технического обслуживания [14].

Поэтому выбор прочего программного обеспечения производится под конкретные местные задачи.

Выводы. Проведенный анализ внутренних и внешних устройств показал их большое многообразие, обеспечивающее выполнение на персональных компьютерах огромный спектр разнообразных задач. Кроме того было установлено, что значительная часть соответствующих технологий актуальных несколько лет назад в настоящее время устарела.

3. Выбор состава устройств персонального компьютера на примере

В качестве практической части курсовой работы решим задачу выбора состав основных устройств персональных компьютеров для предприятия, занимающегося производственным мониторингом на различных объектах.

Задача наблюдения решается при помощи вычислительной сети двух типов:

• Местная (на объектах) мониторинга;
• Основная – в головном офисе.

Оборудование основной сети:

• Роутер [7]
• Свич [7]
• МФУ
• Сервер базы данных [12];
• Сервер приложений [12];
• Рабочие станции [14].

Оборудование местной сети:

• Роутер
• Свич
• МФУ
• Рабочие станции.

Требуется выбрать состав устройства основных персональных компьютеров (серверы и рабочие станции), обеспечивающих работу следующего программного обеспечения:

Используемое программное обеспечение:

На сервере БД:

• VM WARE vSphere:
• Windows Server 2019 R2 standard
• MS SQL server 2019

На сервере 2:

• VM WARE vSphere
• Windows Server 2019 R2 standard

Функции серверов:

Сервер 1(2 виртуальные машины):

• Сервер БД [14]
• Резервный контроллер домена.

Сервер 2 (4 виртуальные машины):

• Контроллер домена основной
• Файловый сервер и сервер печати [11]
• Сервер АИС.
• Сервер СКУДа

Соответствующая схема программной архитектуры [10] представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Программная архитектура

Соответствующая схема технической архитектуры [12], включающая обе сети представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Техническая архитектура

Произведем выбор состава персональных компьютеров [11]:

Оборудование сервера 1:

• Процессор Intel Xeon E5-2600 v3 [14]
• ОЗУ KINGSTON HYPERX DDR4 32Gb x 2 [12]
• Жесткий диск WD SSD WDS100T2B0B 1Тб х4 Raid 10 [5]
• Сетевая карта Intel Gigabit CT EXPI9301CT х 2 [12]

Оборудование Сервера 2 (HP ProLiant DL80):

• Процессор Intel Xeon E5-2600 v3
• ОЗУ KINGSTON HYPERX DDR4 32Gb x 2
• Жесткий диск Seagate Enterprise Capacity SAS 12Gb/s 1Тб х8 Raid 50
• Сетевая карта Intel Gigabit CT EXPI9301CT х 2

Оборудование типовой рабочей станции:

• Процессор – Intel DualCore IntelPentium G630, 2700 MHz.
• Материнская плата - ASUS P8H61-M LX2.
• Оперативная память - 2 х 2 Гб DDR3-1333 DDR3 SDRAM (4 Гб).
• Видеоадаптер - ATI Radeon X1950 Pro.
• Звуковой адаптер - интегрированный VIA VT1708S.
• Жесткий диск - Seagate Barracuda (1000 Гб).
• Сетевой адаптер 1 - D-Link DWA-525 Wireless N 150 Desktop Adapter (rev.A2).
• Сетевой адаптер 2 - RealtekPCIe GBE Family Controller.

Типовое оборудование рабочих станций на местах:

• Процессор – Intel DualCore IntelPentium G630, 2700 MHz.
• Материнская плата - ASUS P8H61-M LX2.
• Оперативная память - 2 х 2 Гб DDR3-1333 DDR3 SDRAM (4 Гб).
• Видеоадаптер - ATI Radeon X1950 Pro.
• Звуковой адаптер - интегрированный VIA VT1708S.
• Жесткий диск - Seagate Barracuda (1000 Гб).
• Сетевой адаптер 1 - D-Link DWA-525 Wireless N 150 Desktop Adapter (rev.A2).
• Сетевой адаптер 2 - RealtekPCIe GBE Family Controller.

Выводы. Выбранные устройства персональных компьютеров позволят решать поставленные задачи с необходимой скоростью.

Заключение

В работе было проведено исследованию устройства персональных компьютеров, для чего были решены следующие задачи:

• Проведен обзор основных определений и назначений персональных компьютеров;
• Проведен обзор основных принципов классификаций персональных компьютеров;
• Проведен обзор основных элементов состава персональных компьютеров;
• Проведен озор и анализ основных внутренних устройств персональных компьютеров;
• Проведен обзор и анализ основных внешних устройств персональных компьютеров;
• Проведен выбор архитектуры и состава устройств персонального компьютера на примере.

В результате были получены следующие выводы:

• Проведенный в первой главе анализ показал, что основным назначением персональных компьютеров в настоящее время является обработка информации в широком смысле этого слова. Персональные компьютеры в настоящее время представлены большим количеством устройств различного типа с точки зрения назначения и исполнения. Однако при этом они имеют одинаковый состав базовых комплектаций, а их составные части могут объединяться в единые блоки в зависимости от типа персонального компьютера. При этом, как показал обзор действующих в настоящий момент нормативно-правовых актов, определяющих терминологию, состав и требования к персональным компьютерам, многие из них устарели с точки зрения актуальных технологий.
• Проведенный во второй главе анализ внутренних и внешних устройств показал их большое многообразие, обеспечивающее выполнение на персональных компьютерах огромный спектр разнообразных задач. Кроме того было установлено, что значительная часть соответствующих технологий актуальных несколько лет назад в настоящее время устарела.
• Выбранные в третьей главе устройства персональных компьютеров позволяют решать задачи производственного мониторинга в необходимом режиме.

Таким образом, все поставленные в работе задачи были решены, а ее цель достигнута.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 15971-90. Системы обработки информации. Термины и определения
2. ГОСТ 27201-87 Машины вычислительные электронные персональные. Типы, основные параметры, общие технические требования
3. ГОСТ Р МЭК 62623-2015 Компьютеры настольные и ноутбуки.
4. Белова Л.М. Современный ноутбук. М.: Спутник, 2016.
5. Карпенков С.Х. Современные преобразователи и накопители информации. М.: Логос, 2019.
6. Кульгин М. В.,Технология корпоративных сетей. Энциклопедия. СПб, Питер, 2019.
7. Куперштейн, В.И. Современные информационные технологии в делопроизводстве и управлении : учебное пособие / В.И. Куперштейн. - СПб. : БХВ, 2015.
8. Милославская Н.Г., Толстой А.И. Интрасети: доступ в Internet, защита: Учебное пособие для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2016.
9. Родин А.А, Тюнин С.В. Современные мониторы. С.-П.: Солон-пресс, 2018.
10. Соломенчук В.Г., Шишигин И.А., Колесниченко О.В. Аппаратные средства PC. М. БХВ, 2017.
11. Степина В.М. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы. М.: Инфра-М, 2019.
12. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. С.-П. : Питер, 2019.
13. Харрис М., Харрис С. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Дополнение по архитектуре ARM. М.: ДМК-Пресс, 2019.
14. Цуранов М.В., Сурядный А.С. Компьютеры, программы, сети. М.: Астрель, 2016.
15. PC 99 System Design Guide, Intel Corporation and Microsoft Corporation, 14 July 1999. Chapter 3: PC 99 basic requirements (PC 99 System Design Guide (Self-extracting .exe archive). Requirement 3.18.3: Systems use a color-coding scheme for connectors and ports.