Устройство персонального компьютера (Теоретический аспект персонального компьютера)

Содержание:

Введение

Актуальность темы. Персональный компьютер (ПК) — это не один электронный аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин “конфигурация ПК” означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д.

Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК.

Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Конструктивно каждая модель ПК имеет так называемый “базовый набор” внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. 

При написании данной работы использовались научные труды отечественных и зарубежных авторов по информатике.

Предмет исследования – персональный компьютер. Объект исследования – устройство ПК.

Цель данной работы – изучить и проанализировать устройство ПК. Исходя из поставленной цели можно выделить следующие задачи:

1. Рассмотреть историю развития ПК

2. Изучить эволюцию устройства и архитектура ПК

3.Рассмотреть базовую аппаратную конфигурацию персонального компьютера

4. Изучить внутренние устройства системного блока

5. Охарактеризовать процессор и оперативную память

6. Проанализировать устройства ввода и вывода

При написании данной работы использовались методы научного анализа и сравнения.

Данная работа состоит из введения, основной части, заключения и списка используемой литературы.

Глава 1. Теоретический аспект персонального компьютера

История развития ПК

Если верить историческим справочникам, первый компьютер появился в пятом веке до нашей эры, и это была особая доска, которая называлась «абак». Вычислительный процесс с её помощью заключался в передвижении предметов (камни или кости) в выдолбленных канавках в досках, бронзовых, каменных или других пластинах. В Греции он назывался абак, в Японии носил название серобаян, а в Китае суаньпань.

В Древней Руси тоже было вычислительное устройство похожее на абак, и оно называлось дощаный счёт. Уже в семнадцатом веке это устройство обрело форму обычных, использовавшихся в России, счётов. А в 1642 году французский учёный и философ Блез Паскаль изобрёл первую вычислительную машину, которую назвали в честь создателя Паскалина. [2, c.92]

Это было механическое устройство, принцип действия которого заключался во вращении шестерён, и которое могло выполнять операции сложения и вычитания. Исходные данные задавались поворотом наборных дисков, которые соответствовали цифрам от нуля до девяти. Ответ можно было увидеть на верху корпуса из металла.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сделал вычислительный прибор тоже на основе механики, который первым умел помимо сложения и вычитания выполнять деление, умножение и даже извлекать квадратный корень. Позже колесо Лейбница послужило образцом для создания арифмометра. [1, c.52]

В 1832 году учёные создали модель аппарата, которая состояла из двух тысяч деталей из латуни и весила три тонны, но при этом могла осуществлять арифметические операции с очень высокой точностью (шесть знаков после запятой) и даже высчитывать производные второго порядка. Это уже был настоящий прообраз современных электронных вычислительных машин, который назывался дифференциальная машина.

Позже российский учёный Пафнутий Львович Чебышев спроектировал суммирующее устройство, в котором все арифметические операции были автоматизированы. В основе его был принцип непрерывной передачи десятков. В 1881 году появилась его дополнение - приставка, которая позволила делить и умножать. Автоматизированный процесс вычислений также появился в конце девятнадцатого века в США.

Герман Холлерит реализовал прибор, который получил название табулятор Холлерита. Информация в нём наносилась на перфокарты и затем считывалась и расшифровывалась посредством электрического тока. А в 1936 году Алан Тьюринг, учёный из Кембриджа, спроектировал мысленный вычислитель, который остался только в виде проекта. Его вычислитель действовал по заранее продуманному алгоритму.

Эта машина воображения могла быть применена для различных задач, всё определялось алгоритмом. Но тогда это выливалось лишь в теоретические обоснования и структурные построения, которые впоследствии стали прототипом компьютеров, как приборов для вычислений, которые способны обрабатывать исходные данные согласно заданной очерёдности команд.

В историческом прошлом нашей цивилизации была не одна информационная революция, вызванная изменениями в сфере хранения, переработки и распространения информационных данных. Первая революция случилась, когда появилась письменность, что вызвало большой качественный и количественный скачок в развитии цивилизации.

По геометрическим параметрам, а также по вычислительным возможностям ЭВМ делятся на: Сверхбольшие компьютеры (суперЭВМ). Большие компьютеры. Малые компьютеры. Сверхмалые компьютеры (микроЭВМ). Изначально конструкторы разработали большие ЭВМ, в основе которых сначала были электронные лампы, потом транзисторы и наконец интегральные микросхемы различной степени интеграции.

Самая первая ЭВМ ЭНИАК появилась в 1946 году и весила примерно пятьдесят тонн. Она обладала небольшим быстродействием и имела оперативную память размером всего на двадцать чисел.

Занимаемая ей площадь составляла примерно сто квадратных метров. Производительности больших электронных вычислительных машин, как выяснилось, не хватало для решения некоторых задач, таких как составление прогноза метеорологической обстановки, управление сложнейшими комплексами обороны страны, построение моделей экосистем и так далее. Это послужило поводом для проектирования и изготовления сверхбольших ЭВМ, мощнейших вычислительных систем, которые быстро развиваются до настоящего времени.

Возник отличные метод передавать накопленные знания следующим поколениям. Второй информационной революцией стало создание печатных станков и появление первых печатных книг.

Это событие, произошедшее в середине шестнадцатого века, кардинально переменило общественную жизнь, культурное развитие, организацию труда. Третья информационная революция случилась в конце девятнадцатого века и связана она была с грандиозными достижениями в сфере электроприборов. [7, c.41]

В общественную жизнь вошли телеграфная, радио и телефонная связь, что позволяло быстро пересылать и копить информационные данные в больших объёмах. Четвёртая революция в сфере информации произошла в семидесятых годах двадцатого века, она была вызвана появлением микропроцессорных технологий и, как следствие, персональных компьютеров. [4, c.82]

Данный этап характерен тремя основными инновационными подходами: Электрические и механические средства обработки информации стали заменяться электронными. Все компоненты различных устройств, машин и приборов стали уменьшаться в размерах. Велась разработка управляемых программными методами аппаратов и технологических процессов.

Необходимость сохранения, обработки и трансляции информационных данных возникла у людей ещё до создания телеграфа, телефона и компьютера. По факту все накопленные людским сообществом знания и опыт, с любой точки зрения содействовали возникновению вычислительных машин.

История формирования средств вычислительной техники длится уже примерно пятьдесят лет. За этот период времени поменялось не одно поколение компьютерной техники. При этом новые этапы развития вычислительной техники ознаменовались новой комплектацией (вакуумные лампы, логика, на базе транзисторов, интегральные микросхемы) и у каждого этапа была в принципе другая технологическая основа.

На сегодняшний день уже есть сформированная классификация этапов развития электронных вычислительных машин:

Первый этап – с 1946 года по начало пятидесятых годов считается периодом зарождения ЭВМ. Вычислительные машины был реализованы на вакуумных лампах, имели значительные размеры, потребляли много электроэнергии, быстродействие было мало, как и надёжность. Программирование выполнялось в машинных кодах.

Второй этап начался с конца пятидесятых годов двадцатого века и продолжался до начала шестидесятых годов. На смену лампам пришли полупроводники. Произошёл резкий рост фактически всех технических характеристик и для написания программ стали применяться языки более высокого уровня (языки алгоритмов).

Третий этап начался в конце шестидесятых годов двадцатого века и длился до конца семидесятых. Снова поменялась элементная база, интегральные микросхемы сменили транзисторы, появилась технология многослойного печатного монтажа.

Эволюция устройства и архитектура ПК

Архитектура персонального компьютера (ПК) включает в себя структуру, которая отражает состав ПК, и программное обеспечение. Структура ПК – это набор его функциональных элементов (от основных логических узлов до простейших схем) и связей между ними.

Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ПК, к которым относят процессор, оперативное запоминающее устройство, внешние запоминающие устройства и периферийные устройства. Основным принципом построения всех современных ПК является программное управление.

В 1946 году американские математики Джон фон Нейман, Герман Голдштейн и Артур Бёркс в совместной статье изложили новые принципы построения и функционирования ЭВМ. На основе этих принципов производилось 1-е и 2-е поколение компьютеров. В следующих поколениях происходили некоторые изменения, но принципы фон Неймана (как они были названы) сохранялись.

Основные принципы фон Неймана: Использование двоичной системы счисления в ПК, в которой устройствам гораздо проще выполнять арифметико-логические операции, чем в десятичной. Программное управление ПК. Работа ПК управляется программой, которая состоит из набора команд, выполняющихся последовательно одна за другой. Создание машины с хранимой в памяти программой положило начало программированию. Данные и программы хранятся в памяти ПК.

Команды и данные кодируются одинаково в двоичной системе. Ячейки памяти ПК имеют последовательно пронумерованные адреса. Возможность обращения к любой ячейке памяти по ее адресу позволила использовать переменные в программировании. Возможность условного перехода при выполнении программы. [2, c.24]

Команды в ПК выполняются последовательно, но при необходимости можно реализовать переход к любой части кода. Ничего непонятно? Попробуй обратиться за помощью к преподавателям Решение задач Контрольные работы Эссе Основным принципом было то, что программа уже стала не постоянной частью машины, а изменяемой, в отличие от аппаратуры, которая остается неизменной и очень простой. Фон Нейманом также была предложена структура ПК (рис. 1).

Рисунок 1. Структура ПК

В состав машины фон Неймана входили: запоминающее устройство (ЗУ); арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняло все арифметические и логические операции; устройство управления (УУ), которое координирует действия всех узлов машины в соответствии с программой; устройства ввода-вывода. [6, c.42]

Программы и данные вводились в ЗУ из устройства ввода через АЛУ. Все команды программы записывались в ячейки памяти последовательно, а данные для обработки – в произвольные ячейки. [7, c.92]

Команда состояла из указания операции, которую необходимо выполнить, и адресов ячеек памяти, в которых хранятся данные и над которыми необходимо выполнить нужную операцию, а также адреса ячейки, в которую необходимо записать результат (для хранения в ЗУ).

Из АЛУ результаты выводятся в ЗУ или устройство вывода. Принципиально эти устройства отличаются тем, что в ЗУ данные хранятся в удобном для обработки ПК виде, а на устройства вывода (монитор, принтер и т.п.) в удобном для человека. От УУ на другие устройства поступают сигналы с командами, а от других устройств УУ получает информацию о результате их выполнения.

Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера. После выполнения команды счетчик команд увеличивается на 1 и указывает на следующую команду программы. При необходимости выполнения команды, которая не следует по порядку за текущей, специальная команда перехода содержит адрес ячейки, в которую нужно передать управление. Архитектура современных ПК В основу архитектуры современных ПК заложен магистрально-модульный принцип.

ПК состоит из отдельных частей – модулей, которые являются относительно самостоятельными устройствами ПК (например, процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.). Модульный принцип позволяет пользователю самостоятельно комплектовать необходимую конфигурацию ПК и производить при необходимости его обновление. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией.

Для работы ПК как единого механизма необходимо осуществлять обмен данными между различными устройствами, за что отвечает системная (магистральная) шина, которая выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.

Основные особенности архитектуры ПК сводятся к принципам компоновки аппаратуры, а также к выбранному набору системных аппаратных средств. [6, c.42]

Подобная архитектура характеризуется ее открытостью – возможностью включения в ПК дополнительных устройств (системных и периферийных), а также возможностью простого встраивания программ пользователя на любом уровне программного обеспечения ПК.

Также совершенствование архитектуры ПК связано с максимальным ускорением обмена информацией с системной памятью. Именно из системной памяти, в которой хранятся данные, ПК считывает все исполняемые команды. Таким образом больше всего обращений центральный процессор совершает к памяти и ускорение обмена с памятью приведет к существенному ускорению работы всей системы в целом.

Т.к. при использовании системной магистрали для обмена процессора с памятью приходится учитывать скоростные ограничения самой магистрали, то существенного ускорения обмена данными с помощью магистрали добиться невозможно. Для решения этого вопроса был предложен следующий подход.

Системная память вместо системной магистрали подключается к специальной высокоскоростной шине, которая дистанционно находится ближе к процессору и не требует сложных буферов и больших расстояний. В этом случае обмен с памятью идет с максимально возможной для процессора скоростью, и системная магистраль не замедляет его. Особенно актуальным это решение стало с ростом быстродействия процессора. Таким образом, структура ПК из одношинной, которая применялась только в первых компьютерах, становится трехшинной. (рис.2)

Рисунок 2. Трехшинная структура ПК

Наличие в ПК нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и команд, т.е. одновременно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи.

В архитектуре многомашинной вычислительной системы каждый процессор имеет свою оперативную память. Применение многомашинной вычислительной системы эффективно при решении задач, которые имеют очень специальную структуру, которая должна состоять из такого количества ПК, на сколько слабо связанных подзадач разбита система. Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы имеют преимущество перед однопроцессорными в быстродействии.

В данной архитектуре несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе, т. е. по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных.

Итак, в современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и другие архитектурные решения, отличные от рассмотренных выше. 

Глава 2. Анализ элементов устройства современного ПК

2.1 Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера

Микро электронные вычислительные машины можно разделить на следующие группы: Микро-ЭВМ для большого числа пользователей (многопользовательские).

Это машины, которые имеют несколько видеотерминалов и могут работать в режиме разделения времени, что даёт возможность использовать их одновременно нескольким людям. Персональные компьютеры — это микро-ЭВМ, предназначенные для одного пользователя, которые общедоступны и универсальны в использовании. [5, c.42]

Рабочие станции — это микро-ЭВМ повышенной мощности для одного пользователя, которые специализируются на работах определённого вида (графика, инженерия, издательство и так далее). Серверы — это производительные микро-ЭВМ для многих пользователей, которые работают в вычислительных сетях и обслуживают запросы от любой машины сети.

Следует заметить, что данная классификация достаточно условна, так как мощный современный персональный компьютер, который имеет набор программ, ориентированных на нужную проблему, и необходимое аппаратное обеспечение, возможно использовать и как полновесную рабочую станцию, и как многопользовательскую микро-ЭВМ, и как отличный сервер, сравнимый по возможностям с малой ЭВМ. [3, c.82]

В зарубежной терминологии большие электронные вычислительные машины называются мэйнфреймом (Mainframe). К этой категории могут быть отнесены компьютеры, обладающие следующими возможностями: Производительность более десяти MIPS (число определённых инструкций, выполняемых процессором за одну секунду). Объём основной памяти от 64 до 10000 Мбайт. Объём внешней памяти более 50 Гбайт.

Возможность многопользовательского режима функционирования (параллельно могут работать от 16 до 1000 человек). Главными областями широкого использования мэйнфреймов являются научные и технические задачи, функционирование в вычислительных комплексах, где применяется пакетная обработка информации, обработка больших по размерам баз информационных данных, организация управления вычислительными сетями и их обеспечением. Применение мэйнфреймов как мощных серверов вычислительных сетей является по мнению большинства специалистов наиболее перспективным. Основателем сегодняшних больших ЭВМ стала компания IBM.

Малые электронные вычислительные машины Мини-ЭВМ — это достаточно надёжные, доступные по цене и удобные в использовании компьютеры, которые обладают меньшими по сравнению с мэйнфреймами функциональными возможностями. Их основные характеристики, следующие: Производительность до ста MIPS. Объём основной памяти от 4 до 512 Мбайт. Объём дисковой памяти от 2 до 100 Гбайт. Количество обслуживаемых пользователей от 16 до 512.

Все модификации мини-ЭВМ выполняются на базе микропроцессорных комплектов микросхем, имеющих от 16 до 64 разрядные микропроцессоры. Их главные качества –это большой диапазон по возможной производительности в данных условиях использования, аппаратурное выполнение многих функций системы по вводу и выводу данных, удобная форма выполнения микропроцессорных и многомашинных систем, обслуживание прерываний с высокой скоростью, наличие возможности обрабатывать данные разных форматов. [1, c.42]

К преимуществам мини-ЭВМ относятся: Специфическая архитектура со значительной степенью модульного построения. Отличное соотношение цены и производительности.

Высокая вычислительная точность. Основное направление применения мини-ЭВМ –это построение на их базе управляющих вычислительных систем. Обычная для таких систем ситуация, это к обширному набору периферийного оборудования прибавляются устройства межпроцессорной коммуникации, что даёт возможность построения систем с гибкой структурой.

Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.

Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:

• Системный блок
• Монитор
• Клавиатура
• Мышь

Дополнительно могут подключаться другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер.

Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.

Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

Монитор — 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). [2, c.83]

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.

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 всетаки монитор. Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц).

У жидкокристаллических мониторов изображение более инерционно, так что мерцание подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц уже считается комфортной. Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности.

Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.

Мышь — устройство «графического» управления.

Перемещая мышь по коврику, перемещается по экрану указатель мыши, с помощью которого можно указывать и выбирать объекты на экране. При помощи клавиш мыши (клавиш может быть две или три), можно задать определенный тип операций с объектом. Воспользовавшись колесиком, можно прокручивать не уместившиеся на экране целиком тексты, изображения или web-страницы. Основной рабочий орган оптико-механических мышей - массивный металлический шар, покрытый резиной. [3, c.62]

Когда мышь перемещается по поверхности, шар вращается, и это вращение передается двум валам, чье положение считывается инфракрасными оптопарами (парами «светоизлучатель-фотоприемник»), после чего оно преобразуется в электрический сигнал, который и управляет движением курсора на экране монитора. Главную опасность для работы такой мыши представляет загрязнение.

Сегодня все популярней становятся оптические мыши без механических частей. Внутри мыши находится источник света, который освещает поверхность, после чего фотоприемник фиксирует отраженный свет, который преобразуется в движение курсора на экране. Существуют беспроводные модели мышей, которым для подключения к компьютеру не требуется кабель.

2.2 Внутренние устройства системного блока

Системный блок включает в себя множество частей и компонентов. Кратко рассмотрим большинство из них.

1. Корпус – один из важных компонентов, входящий в число элементов системного блока: на корпусе компьютера крепятся все остальные детали. Корпуса различаются между собой размерами и форм-факторами. При выборе корпуса для системника следует обратить внимание на некоторые детали.

Чем корпус больше, тем проще в нем будет разместить остальные элементы системного блока. А чем тяжелее, тем толще стенки он имеет, что позволит наладить хорошее охлаждение и невысокий уровень шума. Компьютерная помощь Комполайф рекомендует использовать корпуса только известных брэндов таких как Thermaltake, Chieftec, InWin и др. [4, c.42]

2. Блок питания – возможно, самая важная деталь системного блока ПК. Считается, что лучше сэкономить на любой другой детали, но только не на блоке питания. Может показаться немного странным, но с большой долей вероятности качество блока питания можно определить по весу - чем тяжелей блок питания, тем лучше. Качественные компоненты блока питания: радиаторы, конденсаторы и трансформаторы; довольно тяжелые элементы. [4, c.24]

Блок питания занимается обеспечением электрического питание всех остальных компонентов компьютера. От него напрямую зависит, как долго проработают все остальные комплектующие. Из-за недостаточно качественного блока питания работа всего компьютера может быть нестабильной, также это может стать причиной поломки дорогостоящих элементов.

3. Процессор (CPU - центральный процессор) – это главный вычислительный элемент персонального компьютера. Все программы состоят из огромной последовательности микрокоманд, и именно процессор выполняет эти команды.

От быстродействия процессора в первую очередь зависит производительность и быстрота работы всего ПК (это обязательно необходимо учесть, если решили переустановить windows на более современную версию). Тактовая частота, на которой работает процессор, архитектура и количество ядер определяют быстродействие процессора.

Многие годы на мировом рынке процессоров безраздельно доминируют два основных конкурента: AMD и Intel. И ближайшее время эта ситуация вряд ли изменится.

4. Материнская плата – один из компонентов ПК, который входит в число основных. Материнская плата объединяет все компоненты системного блока. Кроме этого, она включает в себя дополнительные компоненты: встроенная видеокарта, сетевой адаптер, звуковая карта, устройства ввода-вывода и др.

Неправильно подобранная материнская плата может негативным образом сказаться на работе ПК в целом несмотря на то, что остальные комплектующие будут мощными сами по себе.

5. Корпусный вентилятор – используется для охлаждения системника. Он необязателен, но желателен для поддержания приемлемой температуры внутри.

6. Планки оперативной памяти (ОЗУ) - это быстродействующая память компьютера. После выключения компьютера вся информация, находящаяся в ней, удаляется. [6, c.92]

Учитывая всё возрастающие потребности современных программ, игр и приложений, можно считать, что чем больше объём оперативной памяти, тем будет лучше. На сегодняшний день минимальный объемом оперативной памяти, устанавливаемой в новый компьютер, будет 4 Гигабайта.

7. Видеокарта - устройство, которое обрабатывает и выводит графическую информацию на монитор. Каждая видеокарта имеет свой собственный графический процессор, который занимается обработкой информации: 2D и 3D. Видеопроцессор существенно снижает вычислительную нагрузку на CPU (центральный процессор).

Без дорогой и мощной видеокарты можно даже не мечтать о современных компьютерных играх. Кроме этого, у вас вряд ли получится всерьез заняться обработкой видефайлов или профессиональным редактированием фото.

8. Сетевая карта – элемент системного блока, необходимый для соединения компьютера с локальной сетью или сетью Интернет. Последнее время сетевые платы интегрированы (встроены) в материнские платы.

9. Оптический накопитель (CD/DVD) – устройство для чтения и записи оптических дисков. Между собой отличаются типом поддерживаемых дисков, а также скоростью чтения и записи.

10. Жесткий диск (harddisk, HDD, винчестер) - это устройство долговременной памяти. При выключении компьютера данные не удаляются. Быстрота работы жесткого диска намного ниже, чем у оперативной памяти, а объём намного выше.

Операционная система, установленные программы, документы, фотографии, музыка и фильмы хранятся на жестком диске. Объём HDD (жесткого диска) измеряется в Гигабайтах. Считается, что чем больше, тем лучше. Как говорится, свободного места много не бывает.

2.3 Процессор и оперативная память

Центральный процессор (ЦП) – основной компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет процессом вычислений и координирует работу всех устройств ПК. Чем мощнее процессор, тем выше быстродействие ПК.

Центральный процессор часто называют просто процессором, ЦПУ (Центральное Процессорное Устройство) или CPU (Central Processing Unit), реже – кристаллом, камнем, хост-процессором. [2, c.82]

Современные процессоры являются микропроцессорами. Микропроцессор имеет вид интегральной схемы – тонкой пластинки из кристаллического кремния прямоугольной формы площадью в несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы с миллиардами транзисторов и каналов для прохождения сигналов. Кристалл-пластинка помещен в пластмассовый или керамический корпус и соединен золотыми проводками с металлическими штырьками для подсоединения к системной плате ПК.

ЦП предназначен для автоматического выполнения программы. Устройство процессора Основными компонентами ЦП являются: арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет основные математические и логические операции; управляющее устройство (УУ), от которого зависит согласованность работы компонентов ЦП и его связь с другими устройствами; шины данных и адресные шины; регистры, в которых временно хранится текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результаты вычислений АЛУ); счетчики команд; кэш-память хранит часто используемые данные и команды.

Обращение в кэш-память гораздо быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем она больше, тем выше быстродействие ЦП.

ЦП работает под управлением программы, которая находится в оперативной памяти. АЛУ получает данные и выполняет указанную операцию, записывая результат в один из свободных регистров. Текущая команда находится в специальном регистре команд.

При работе с текущей командой значение так называемого счетчика команд увеличивается, который затем указывает на следующую команду (исключением может быть только команда перехода). Команда состоит из записи операции (которую нужно выполнить), адресов ячеек исходных данных и результата. По указанным в команде адресам берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала помещается в регистр, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде. [12, c.93]

Тактовая частота указывает частоту, на которой работает ЦП. За 1 такт выполняется несколько операций. Чем выше частота, тем выше быстродействие ПК. Тактовая частота современных процессоров измеряется в гигагерцах (ГГц): 1 ГГц = 1 миллиард тактов в секунду.

Для повышения производительности ЦП стали использовать несколько ядер, каждое из которых фактически является отдельным процессором. Чем больше ядер, тем выше производительность ПК. Процессор связан с другими устройствами (например, с оперативной памятью) через шины данных, адреса и управления.

Разрядность шин кратна 8 (т.к. имеем дело с байтами) и отличается для разных моделей, а также различна для шины данных и шины адреса. Разрядность шины данных указывает на количество информации (в байтах), которое можно передать за 1 раз (за 1 такт). От разрядности адресной шины зависит максимальный объем оперативной памяти, с которым может работать ЦП. От частоты системной шины зависит количество данных, которые передаются за отрезок времени.

Для современных ПК за 1 такт можно передать несколько бит. Важна также и пропускная способность шины, равная частоте системной шины, умноженной на количество бит, которые можно передать за 1. Если частота системной шины равна 100 Мгц, а за 1 такт передается 2 бита, то пропускная способность равна 200 Мбит/сек.

Пропускная способность современных ПК исчисляется в гигабитах (или десятках гигабит) в секунду. Чем выше этот показатель, тем лучше. На производительность ЦП влияет также объем кэш-памяти. Данные для работы ЦП поступают из оперативной памяти, но т.к. память медленнее ЦП, то он может часто простаивать. Во избежание этого между ЦП и оперативной памятью располагают кэш-память, которая быстрее оперативной.

Она работает как буфер. Данные из оперативной памяти посылаются в кэш, а затем в ЦП. Когда ЦП требует следующее данное, то при наличии его в кэш-памяти оно берется из него, иначе происходит обращение к оперативной памяти. Если в программе выполняется последовательно одна команда за другой, то при выполнении одной команды коды следующих команд загружаются из оперативной памяти в кэш. Это сильно ускоряет работу, т.к. ожидание ЦП сокращается.

Существует кэш-память трех видов: Кэш-память 1-го уровня самая быстрая, находится в ядре ЦП, поэтому имеет небольшие размеры (8–128 Кб). Кэш-память 2-го уровня находится в ЦП, но не в ядре. Она быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти 1-го уровня. Размер от 128 Кбайт до нескольких Мбайт. [1, c.52]

Кэш-память 3-го уровня быстрее оперативной памяти, но медленнее кэш-памяти 2-го уровня. От объема этих видов памяти зависит скорость работы ЦП и соответственно компьютера. ЦП может поддерживать работу только определенного вида оперативной памяти: DDR, DDR2 или DDR3.

Чем быстрее работает оперативная память, тем выше производительность работы ЦП. Следующая характеристика – сокет (разъем), в который вставляется ЦП. Если ЦП предназначен для определенного вида сокета, то его нельзя установить в другой. Между тем, на материнской плате находится только один сокет для ЦП, и он должен соответствовать типу этого процессора.

Основной компанией, выпускающей ЦП для ПК, является компания Intel. Первым процессором для ПК был процессор 8086. Следующей моделью была 80286, далее 80386, со временем цифру 80 стали опускать и ЦП стали называть тремя цифрами: 286, 386 и т.д. [13, c.92]

Поколение процессоров часто называют семейством x86. Выпускаются и другие модели процессоров, например, семейства Alpha, Power PC и др. Компаниями-производителями ЦП также являются AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments.

В названии процессора часто можно встретить символы X2, X3, X4, что означает количество ядер. Например, в названии Phenom X3 8600 символы X3 указывают на наличие трех ядер. Итак, основными типами ЦП являются 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II, Pentium III и Pentium IV. Celeron является урезанным вариантом процессора Pentium. После названия обычно указывается тактовая частота ЦП. Например, Celeron 450 обозначает тип ЦП Celeron и его тактовую частоту – 450 МГц.

Процессор нужно устанавливать на материнскую плату с соответствующей процессору частотой системной шины. В последних моделях ЦП реализован механизм защиты от перегрева, т.е. ЦП при повышении температуры выше критической переходит на пониженную тактовую частоту, при которой потребляется меньше электроэнергии.

Если в вычислительной системе несколько параллельно работающих процессоров, то такие системы называются многопроцессорными.

Оперативная память (ОЗУ, Random Access Memory – RAM, память с произвольным доступом) – запоминающее устройство сравнительно небольшого объёма, которое непосредственно связано с ЦП и предназначено для записи, чтения и хранения данных о выполняемых программах и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, т.к. при выключении ПК информация, которая находилась в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой, т.е. каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Оперативная память используется для хранения и передачи информации ЦП, на жесткий диск, на другие внешние устройства, которая располагается в специальных разъемах на материнской плате. ОЗУ представляет собой схему из огромного числа мельчайших конденсаторов и транзисторов (одна пара позволяет хранить 1 бит).

При выключении ПК введенная информация исчезает, т.к. данные не были записаны на жесткий диск, где могут долго сохраняться, а находились в ОЗУ. Но в случае отсутствия оперативной памяти, данные должны были бы располагаться на жестком диске, и тогда время обращения к ним резко бы увеличилось, что привело бы к резкому снижению общей производительности ПК.

Итак, ОЗУ используется для: хранения данных и команд для дальнейшей их передачи ЦП для обработки; хранение результатов вычислений, которые были произведены ЦП. считывание (или запись) содержимого ячеек. Оперативная память изготовлена в виде микросхем, которые крепятся на специальных пластинах и устанавливаются на системной плате в соответствующие разъемы.

При включении ПК в ОЗУ загружается операционная система, затем программное обеспечение и документы. ЦП управляет загрузкой программ и данных в ОЗУ, далее данные в ОЗУ обрабатываются. Таки образом, ЦП работает с инструкциями и данными, которые находятся в ОЗУ, а другие устройства (диски, магнитная лента, модем и т.д.) действуют через нее. Поэтому оперативная память имеет огромное влияние на работу компьютера.

Т. к. ОЗУ предназначена для хранения данных и программ только во время работы ПК, то после выключения электропитания все данные в ОЗУ теряются. Во избежание потери данных или внесенных в документы изменений перед выключением ПК необходимо сохранить данные на жесткий диск и только потом выйти из приложения.

Выделяют 2 вида оперативной памяти: статическую (SRAM) – используется в качестве кэш-памяти ЦП; динамическую (DRAM) – используется в качестве оперативной памяти ПК. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, которые способны накапливать электрический заряд.

Недостатками DRAM-памяти является более низкая скорость записи и чтения данных и необходимость постоянной подзарядки. Основными являются виды типа SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory – синхронная динамическая память с произвольным доступом): DDR (Double Data Rate – двойная скорость передачи данных). [10, c.52]

Удвоенная скорость достигается за счет считывания данных по нарастанию и по спаду сигнала.

На плате оперативной памяти с обеих сторон находятся микросхемы с памятью. Снизу находится ключ для вставки платы в разъем системной платы.

DDR2 от DDR отличается удвоенной частотой шины, по которой данные передаются в буфер, и способность работы на более высокой частоте.

Скорость работы DDR2 чуть выше, чем у DDR. DDR3 отлична от DDR2 пониженным энергопотреблением (на 40). DDR4 отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания. Платы DDR, DDR2, DDR3 и DDR4 не являются взаимозаменяемыми, т. к. имеют различия в строении (смещение ключа, разное количество контактов и т.п.). Основные характеристики ОЗУ Основные характеристики:

Объем памяти – максимальное количество информации, которая может быть помещена в эту память, выражается в Кб, Мб и Гб. Время доступа к памяти (в наносекундах) представляет собой минимальное время, необходимое для размещения в памяти единицы информации.

Плотность записи (в б и т с м бит/см2) – количество информации, которая записана на единице поверхности носителя. SIMM-модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 Мб; DIMM-модули – 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб. Время доступа SIMM-модулей – 50–70 нс, DIMM-модулей – 7–10 нс. Модули оперативной памяти Оперативная память в ПК размещена на стандартных панелях, которые называют модулями. Модули памяти представлены в двух видах: односторонне расположение выводов (SIMM-модули) можно устанавливать только парами; двухстороннее расположение выводов (DIMM-модули) можно устанавливать по одному, обладают большей скоростью передачи. Устанавливать на одной плате разные модули нельзя.

2.4 Устройства ввода и вывода

Устройства ввода и вывода информации персонального компьютера можно классифицировать по-разному. Определяющим фактором для этого станут их функциональные обязанности. Первым пунктом обозначим основные устройства ввода-вывода. На самом деле тут можно было бы указать всего один пункт - клавиатура, поскольку без неё ни один пользовательский компьютер не будет продолжать загрузку.

Исключение составляют компьютеры-серверы, которые работают вообще без подключенных внешних устройств. Итак, основные устройства ввода/вывода, без которых обычный пользователь не сможет работать, это: клавиатура; монитор; мышь.

Также можно выделить дополнительные устройства ввода-вывода: принтеры; сканеры; джойстик; проектор; также к устройствам ввода/вывода относятся звуковые устройства.

Это далеко не полный перечень возможных устройств, которые взаимодействуют с пользователем, перечислять их можно очень долго. Поэтому давайте рассмотрим устройства ввода/вывода компьютера более подробно.

Компьютерные мониторы за всю свою историю претерпели немало изменений. Начиная от старых, использующих электронно-лучевую трубку, и заканчивая современными LCD. Сам по себе монитор или дисплей — это устройство, служащее для вывода графической информации конечному пользователю. Их можно поделить по нескольким признакам. [13, c.42]

1. По виду информации. Алфавитно-цифровые. Эти дисплеи предназначаются для вывода исключительно текстовой информации. Графические. С этими мониторами мы сталкиваемся каждый день, садясь за персональный компьютер. Предназначаются они для представления информации в графическом виде, в том числе и видео.

2. По типу экрана. ЭЛТ. Монитор на основе электронно-лучевой трубки, с таким вы, возможно, работали в 2000 году. LCD - жидкокристаллический "плоский" дисплей, используемый сейчас повсеместно. Также такой тип мониторов используется в ноутбуках. Плазменный. Лазерный - в массовое производство пока не поступил. [9, c.33]

Среди клавиатур можно встретить и минималистичные варианты - без боковой дополнительной панели с цифрами, и огромные игровые клавиатуры со встроенными джойстиками, дополнительными кнопками и динамиками.

Существуют также силиконовые, сворачивающиеся клавиатуры, чтобы их было удобнее носить с собой, или просто складывающиеся в три раза. Если вы собираетесь приобрести себе клавиатуру, просто идите в компьютерный магазин и выбирайте ту, что вам по вкусу.

Компьютерные мыши - это такие устройства ввода/вывода ЭВМ, без которых невозможна работа обычного пользователя. Если продвинутый юзер может перемещаться по папкам и файлам, а также некоторым программам и играм исключительно с помощью клавиатуры, то рядовой человек просто не способен это сделать.

Принтеры. Это устройства вывода информации на печать. За всё время своего существования принтеры не сильно изменились. Развиваются технологии, на смену струйным принтерам приходят лазерные, однако и предыдущие поколения продолжают жить. [12, c.52]

Сканеры. Устройство ввода информации в компьютер. Особенность заключается в том, что сканеры вносят информацию в ПК исключительно в графической форме. Развитие сканеров застопорилось исключительно на изменении их размеров.

Сначала они становились всё меньше и компактнее, а затем им на смену пришли громадные - устройства вывода и ввода, сочетающие в себе ксерокс, принтер и сканер.

Колонки, наушники, аудиосистемы и домашние кинотеатры, а также гарнитуры и микрофоны - всё это относится к звуковым устройствам вывода и ввода. Существует множество различных микрофонов и колонок, различающихся по качеству записи аудио или его воспроизведения соответственно.

Для работы с видеографикой выделяют специальные устройства вывода и ввода информации - камеры и проекторы. Проектор - устройство, предназначенное для создания изображения предмета на большом экране. Выделяют следующие виды проекторов:

Диаскопический. Изображение появляется за счет прохождения лучей света через прозрачную плёнку с картинкой. [4, c.92]

Эпископический. Создаёт изображение с помощью проекции отраженных лучей. Эпидиаскопический создаёт на экране изображение как прозрачных, так и непрозрачных объектов.

Мультимедийный проектор имеет непосредственное отношение к теме статьи. Это устройство вывода графической информации с компьютера на большую поверхность. Что касается камер, то тут никому подсказывать не надо. В большинстве случаев чем больше разрешение снимающей камеры, тем лучше готовая картинка.

С появлением ноутбуков USB-камеры стали заменяться на встроенные в монитор ноутбука.

Итак, современный ПК одновременно и прост, и сложен. Он стал проще, так как за минувшие годы многие компоненты, используемые для сборки системы, были интегрированы с другими компонентами и поэтому общее количество элементов уменьшилось. Он стал сложнее, так как каждая часть современной системы выполнят намного больше функций, чем в более старых компьютерах.

Заключение

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т. е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т. д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты.

Компьютеры создают тысячи удобств и услуг в нашей повседневной жизни. Они управляют анестезионной аппаратурой в операционных, помогают детям учиться в школах, «изобретают» видеотрюки для кинематографа. Компьютеры взяли на себя функции пишущих машинок в редакциях газет и счетных аппаратов в банках. Они улучшают качество телевизионного изображения, управляют телефонными станциями и определяют цену покупок в кассе универсального магазина. Иными словами, они столь прочно вошли в современную жизнь, что обойтись без них практически невозможно.

Благодаря многолетнему труду инженеров и программистов появилась возможность вводить информацию в машину самыми разнообразными способами: при помощи ручных переключателей, печатая на клавиатуре, рисуя ручкой по электронному планшету, говоря в микрофон или прикасаясь кончиком пальца к экрану дисплея, сканируя нужную информацию. Во многих случаях компьютеры способны принимать информацию от других машин без вмешательства человека. Так, метеорологические спутники передают информацию непосредственно наземным компьютерам, которые преобразуют ее в красивые цветные карты.

В данном исследовании были рассмотрены такие внешние устройства ПК, как клавиатура, мышь, принтер, сканер, плоттер и дигитайзер. Были даны их описание, основные характеристики, а также были перечислены существующие их виды.

Список используемой литературы

1. А.В. Цветкова. Информатика и информационные технологии. Шпаргалки. – М.: Эксмо, 2018. – 32 с.
2. А.М. Попов, В.Н. Сотников, Е.И. Нагаева. Информатика и математика. – М.: Юнити-Дана, 2019. – 392 с.
3. А.Т. Кудинов, С.Б. Щепанский. Основы математики и информатики. Часть 1. – М.: ЭЛИТ, 2015. – 224 с.
4. А.Я. Фридланд. Основные ресурсы информатики. – СПб.: АСТ, Астрель, Профиздат, 2017. – 283 с.
5. В.Н. Яшин. Информатика. Аппаратные средства персонального компьютера. – М.: Инфра-М, 2015. – 256 с.
6. В.Ф. Ляхович, С.О. Крамаров. Основы информатики. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2017. – 720 с.
7. Е.Л. Жукова, Е.Г. Бурда. Информатика. – М.: Дашков и Ко, Наука-Пресс, 2018. – 272 с.
8. И.Н. Куринин, В.И. Нардюжев, И.В. Нардюжев. Информатика, персональный компьютер и Интернет. – М.: Издательство Российского Университета дружбы народов, 2018. – 292 с.
9. Информатика. Том 1. Концептуальные основы. – М.: Маросейка, 2018. – 464 с.
10. О.Н. Рубальская, Г.Б. Рубальский. Информатика. Windows, Word, Excel. Самоучитель (+ CD-ROM). – М.: Финансы и статистика, 2018. – 224 с.
11. Прикладная информатика. Справочник. – М.: Финансы и статистика, Инфра-М, 2018. – 768 с.
12. Редакторы В.А. Минаев, А.Н. Фисун, С.В. Скрыль, С.В. Дворянкин, М.М. Никитин, Н.С. Хохлов. Информатика. Том 2. Средства и системы обработки данных. – М.: Маросейка, 2018. – 544 с.
13. Ю.Н. Виноградов, А.И. Гомола, В.И. Потапов, Е.В. Соколова. Математика и информатика. – М.: Академия, 2018. – 272 с.