Состав, назначение и характеристики основных элементов персонального компьютера
2.3.1. Основные компоненты компьютера.
Персональный компьютер (ПК) в минимальной конфигурации имеет в составе четыре основных части: монитор, клавиатуру, мышь и системный блок.
Монитор ПК является устройством визуального отображения процессов работы ПК аналогично телевизионному приемнику. Клавиатура предназначена для ввода в ПК числовой, текстовой информации и команд, а на мониторе отображается процесс работы компьютера в графической и (или) текстовой формах. Мышь – ручной манипулятор, предназначенный для указания различных графических объектов на экране монитора и выбора на нем команд управления информационными процессами компьютера.
Центральная часть персонального компьютера — это системный блок, поскольку в нем располагаются его основные компоненты по обработке информации. К системному блоку можно подключить множество различных внешних устройства для ввода/вывода информации, таких, как:
- принтер для вывода на печать текстовой и графической информации;
- сканер — устройство для ввода (сканирования) изображений с бумаги или слайдов в дискретной форме;
- факс-модем — для подключения компьютера к телефонной линии для выхода к локальным или глобальным компьютерным сетям (с помощью факс-модема можно передать любую информацию на другой компьютер, также имеющий в своем составе факс-модем и расположенный в тысячах километров от передающего, или передать факсимильное сообщение на обычный факс-аппарат);
- звуковые колонки для воспроизведения звукового сопровождения или эффектов (при наличии звуковой карты);
- видеокамеру для ввода в компьютер видеоизображений (при наличии специальной карты);
- TV—тюнер или УКВ-тюнер для приема теле- или радиопередач;
- джойстик — манипулятор в виде ручки с кнопками, для управления объектами в мультимедийных приложениях;
- широкую гамму различного типа внешних накопителей данных для сохранения информации;
- графопостроитель (плоттер) для вывода чертежей на бумагу;
- дигитайзер (графический планшет) для цифрового ввода в компьютер различных контурных изображений (чертежей, географических карт и т.п.) по точкам и для оцифровки произвольных рисунков;
- другие устройства, использующиеся в программах виртуальных игр, например, шлем виртуальной реальности, руль, педали и т.п.
Многие внешние устройства подключаются к компьютеру через его типовые разъемы, для других устройств необходимы дополнительные электронные платы (контроллеры), сопрягающие работу устройства с ПК.. Контроллер монитора, например, называют видеоадаптером или видеокартой.
Обзор системного блока и его функций следует начать с его корпуса.
2.3.2. Корпус системного блока компьютера.
В корпусе системного блока, центрального в компьютере, располагаются все его важнейшие компоненты:
- материнская (системная) плата, на которой устанавливаются и подключаются все остальные платы и микросхемы (микропроцессор, оперативная память, контролеры различных устройств и т. д.);
- накопитель на жестком магнитном диске (винчестер).
- дисководы для чтения и записи гибких магнитных дисков, магнитооптических дисков, компакт-дисков и дисков DVD;
- блок питания, преобразующий напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения для питания компонентов компьютера;
- индикаторы и выключатели .
На лицевой части корпуса обычно располагаются дисководы для чтения дискет и компакт-дисков, световые индикаторы, кнопки для включения и перезапуска компьютера. На задней стороне корпуса находятся разъемы для подключения монитора, клавиатуры, мыши и других внешних устройств.
- Корпус системного блока может располагаться на столе горизонтально — Desktop ([Десктоп] — настольный) или- Slim ([Слим] — худой), а может стоять вертикально в виде башни-Tower ([Тауэр ]- башня) . Корпус в виде башни занимает меньше места на рабочем столе, его можно выполнить большей высоты и разместить в нем большее количество устройств. По физическим размерам корпус-башня системного блока может быть типа Minitower [Минитауэр] — Мини-башня, Middletower [Мидлтауэр] — Средняя башня и Bigtowor [Биггауэр] — Большая башня. Корпус типа Slim используется в компьютерах, имеющих минимальный набор компонентов, например, в рабочих станциях локальной сети. В корпусе Slim можно установить материнскую плату только определенного размера. установить материнские платы АТХ, Baby-AT или полноразмерную плату AT.
Металлический корпус не только защищает расположенные в нем компоненты персонального компьютера, но и является полноправным функциональным элементом, служащим основой для последующего расширения и обновления (апгрэйда) системы, а также поддержания температурных режимов внутренних блоков с помощью вентиляторов (кулеров).
Блок питания встроен в корпус нераздельно. Основная задача блока питания — преобразование напряжения сети 220-240 В в напряжение питания конструктивных элементов компьютера ±12 и ±5 В. Современные импульсные блоки питания весят намного меньше, чем трансформаторные. С введением напряжения +3,3 В стандарт АТХ возник другой набор управляющих сигналов, отличающийся от формируемых обычными стандартными системами. В корпусах не АТХ— стандарта вентиляторы располагаются на тыльной стенке корпуса блока питания, и воздух вдувается снаружи. Преимуществом такого расположения вентилятора является уменьшение загрязнения внутренних узлов персонального компьютера, поскольку в корпусе создается избыточное давление, и воздух выходит через щели в корпусе..
2.3.3. Интерфейсы
Компоненты системного блока персонального компьютера соединяются между собой через стандартные интерфейсы. Дадим краткую характеристику некоторых, наиболее распространенных сегодня интерфейсов.
PCI (Peripheral Component Interconnect — Соединение внешних компонентов). Поддерживает тактовую частоту до 33 МГц, имеет максимальную пропускную способность до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-разрядной шины (264 Мбайт/с для 32-разрядных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных на частоте 66 МГц). Интерфейс PCI обеспечивает поддержку режимов Bus Mastering и автоматической конфигурации компонентов при установке (Plug—and—Play). В настоящее время интерфейс PCI является самым распространенным интерфейсом для подключения к материнской плате различных компонентов — звуковых карт, контроллеров SCSI, видеоплат и других устройств.
CSA (Communication Streaming Architecture) — обеспечивает более высокую, по сравнению с шиной PCI, пропускную способность в 2 Гбит/с. Поскольку шина PCI не может обеспечить скорость передачи данных выше 1 Гбит/с, компания Intel ввела новую шину CSA с удвоенной, по сравнению с PCI, пропускной способностью.
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — Стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Интерфейс PCMCIA служит для подключения внешних устройств к мобильным компьютерам класса Notebook. Поддерживает автоматическую конфигурацию Plug—and—Play, подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера («горячее» подключение). Конструктивно представляет собой миниатюрный 68-контактный разъем.
USB (Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина). К одному USB-каналу можно цепочкой подключить до 127 внешних устройств. На современных материнских платах обычно имеется по два канала USB на контроллер. Обмен данными по шине USB проходит в пакетном режиме при максимальной пропускной способности до 12 Мбит/с.
Интерфейс USB 2 является логическим развитием шины USB. Интерфейс USB 2 полностью совместим с USB, т.е. любое устройство USB будет работать и для USB 2. Максимальная пропускная способность шины USB 2 составляет 480 Мбит/с.
AMR (Audio Modem Riser — Расширение для звука и модема) — интерфейс с 48-контактным разъемом для подключения дочерних плат, объединяющих функции связи и обработки звука (модем, факс, телефония).
Socket 423 — разъем с 423 контактами. Предназначен для установки процессоров Pentium 4 фирмы Intel.
Socket 478 — разъем с 478 контактами. Предназначен для установки более поздних процессоров Pentium 4 фирмы Intel.
Socket 754 — разъем для установки 64-разрядных процессоров Athlon 64 от AMD.
Socket 940 — разъем для установки 64-разрядных процессоров семейства Athlon 64 и Opieron от AMD.
Slot M — разъем для установки 64-разрядных процессоров фирмы Intel. Socket A (Socket 462) — разъем для процессоров Athlon и Duron фирмы AMD. Разъем обладает 462 контактами.
Slot A — разъем для процессоров Athlon фирмы AMD.
2.3.4. Материнская плата и порты Ввода/Вывода
Главная часть системного блока — материнская плата, на которой располагаются процессор, микросхемы и другие электронные платы, организующие работу персонального компьютера
2.3.4.1. Основные компоненты материнской платы
На материнской плате размещаются следующие компоненты:
- Процессор, установленный в специальный разъем. Для охлаждения процессора на него обычно устанавливается кулер (радиатор с вентилятором);
- Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней кэш-памяти). Во многих процессорах, например, Pentium III корпорации Intel, эти микросхемы устанавливаются на плате картриджа самого процессора;
- Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. В настоящее время используются разъемы с 72 контактами для модулей SIMM и с 168 контактами — для модулей DIMM. В некоторых материнских платах применяются разъемы для модулей RIMM.Количество и тип разъемов на разных материнских платах может быть различным;
- Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Как правило, на старых материнских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. Современные модели материнских плат оборудованы слотом AGP, а разъемов ISA на них уже нет;
- Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся программы базовой системы ввода/ввода (BIOS), начальной проверки компьютера, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS Setup) и т.п.;
- Разъемы для подключения жестких и гибких дисков, устройств для чтения и записи дисков CD и DVD, последовательные порты СОМ для подключения таких устройств, как мышь, модем и др., параллельные порты LPT для подключения принтера, сканера ,некоторых типов накопителей со съемными дисками и др., а также порты USB;
- Системный набор микросхем (Chipset — [чипсет]) для управления обменом данными между всеми компонентами персонального компьютера. Две основные микросхемы чипсета называются «северным мостом» и «южным мостом»;
- Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и системных часов.
Дополнительно на некоторых материнских платах могут быть установлены микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д. Как правило, подобные материнские платы выполнены в форм-факторе LPX или mini—LPX. Интеграция перечисленных устройств на материнской плате помогает экономить место в корпусе персонального компьютера и позволяет подключать другие устройства в освободившиеся слоты расширения.
Все компоненты материнской платы связаны друг с другом посредством шин — проводников, по которым обмениваются информацией компоненты и устройства персонального компьютера. Шина (Bus) отличается от простого проводника тем, что имеет три типа линий из параллельных проводов, по числу которых определяется разрядность этих линий:
- линии данных (шина данных);
- линии адреса (шина адреса);
- линии управления (шина управления).
Кроме этого, каждая шина имеет контроллер. Контроллер шины осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо интегрируется в микросхемы чипсета.
По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором и установленными в слоты памятью и картами расширения. Особую роль при этом играет так называемый режим DMA (Direct Memory Access — Прямой доступ к памяти). Управление обменом данными в этом режиме осуществляется DMA-контроллером, минуя центральный процессор. DMA-контроллер обычно интегрируется в одну из микросхем чипсета.
Чем выше разрядность шины данных, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и тем выше производительность персонального компьютера. Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную системную шину данных, с процессором 80386 и 80486 — 32-разрядную, а компьютеры с процессорами семейства Pentium имеют уже 64-разрядную системную шину данных.
Максимальный объем адресуемой оперативной памяти зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и равен 2n, где n — число линий шины адреса. Компьютеры с процессором 8088 имели 20 адресных линий в системной шине данных и могли адресовать память объемом лишь 1 Мб (220 = 1048 576 байт), с процессором 80286 — 24 адресные линии, а компьютеры с процессором 80486 и выше имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гб памяти.
Для того, чтобы данные были записаны/считаны в регистры устройств, подключенных к шине, необходим ряд служебных сигналов, которые передаются по шине управления.
Шина управления предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.
В персональном компьютере имеются следующие типы шин, различающиеся по своему функциональному назначению:
- системная шина (или шина центрального процессора). Часто системную шину называют английской аббревиатурой FSB (Front Side Bus — шина переднего плана);
- шина AGP для подключения видеоадаптера;
- шина кэш-памяти, предназначенная для обмена информацией между централь- ным процессором и кэш-памятью;
- шина памяти, используемая для обмена информацией между оперативной памя- тью и центральным процессором;
- шины ввода/вывода (интерфейсные шины — PCI, IEEE 1394, USB).
Электрические цепи материнской платы, связывающие центральный процессор с оперативной и кэш-памятью, образуют системную шину компьютера. Обмен информацией по системной шине осуществляется под контролем одной из микросхем, входящих в Чипсет, которую называют «северным мостом». Системная шина является самой быстродействующей. Для оценки быстродействия системной шины используется характеристика, называемая пропускной способностью. Пропускная способность шины измеряется в максимально возможном объеме информации, которую можно передать по шине за единицу времени. (Мбайт/сек.). Пропускная способность шины определяется разрядностью ее линии данных и тактовой частотой, которая у современных материнских плат составляет 100 МГц и выше.
Как уже отмечалось ранее, системная шина работает под управлением контроллера, интегрированного в одну из микросхем чипсета («северный мост»). Этот контроллер в свою очередь образует обычно две интерфейсные шины: PCI (Peripheral Component Interconnect — Шина соединения периферийных компонентов) и AGP (Accelerated Graphics Port — Ускоренный графический порт). Шина PCI предназначена для связи центрального процессора с наиболее быстродействующими устройствами компьютера, такими, как сетевые платы, дополнительные видеоадаптеры и т.д. Шина AGP была разработана специально для ввода и вывода графической информации непосредственно в оперативную память. Шина AGP обладает большей пропускной способностью по сравнению с PCI.
К шине PCI подключен контроллер (вторая микросхема из чипсета — «южный мост»), который образует другие интерфейсные шины и управляет ими: ISA (на старых материнских платах), USB (Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина) и IЕЕE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 — Стандарт института инженеров по электротехнике и электронике № 1394), которая также носит название FireWire («огненный провод»).Контроллер жесткого диска подключается к контроллеру «южного моста». Контроллер дисковода для чтения 3,5-дюймовых дискет подключается к шине ISA. Шина ISA является самой медленной интерфейсной шиной по сравнению с новыми, более быстродействующими шинами USB и FireWire. В современных материнских платах она отсутствует. С появлением шин USB и FireWire все больше подключаемых к компьютеру внешних устройств поддерживают новые стандарты интерфейсных шин.
2.3.4.2. Характеристики чипсетов для материнских плат
Набор микросхем материнской платы, обеспечивающий обмен данными между центральнымпроцессором, оперативной памятью и периферийными устройствами, называют системным набором или чипсетом (chipset). Чипсет определяет такие функциональные возможности материнской платы, как тип устанавливаемых процессоров, тип и объем оперативной памяти и кэш-памяти второго уровня, тактовую частоту системной шины, поддерживаемые интерфейсные шины. На материнской плате, в зависимости от ее модификации, может находиться различное количество разъемов для подключения дополнительных устройств и наращивания оперативной памяти. Каждая материнская плата имеет разъем для установки центрального процессора определенного типа. В современных материнских платах применяются разъемы стандартов Slot I, Slot 2, Socket 370, Socket 478 и т.д.
Лидером в разработке и изготовлении системных наборов является корпорация Intel, поэтому прочие производители чипсетов вынуждены ориентироваться на решения Intel и обеспечивать совместимость с ее компонентами и стандартными интерфейсами. Современные системные наборы включают в себя две «базовые» микросхемы — «северный мост» (North Bridge) и «южный мост» (South Bridge). Первая из них обычно управляет шиной оперативной памяти, шиной AGP, шиной PCI и обеспечивает взаимодействие с системной шиной процессора. Южный мост управляет интерфейсами IDE, USB, ACPI, ШЕЕ 1294; эта микросхема включает в себя мост ISA—PCT, контроллеры клавиатуры, мыши, FDD. Сейчас появились чипсеты со встроенными видео- и звуковыми контроллерами. Рассмотрим характеристики наиболее распространенных системных наборов.
2.3.4.3. Чипсеты фирмы Intel
Корпорация Intel занимает ведущие позиции на рынке системных наборов микросхем для процессоров Pentium III, Pentium 4 и других, так как в отличие от конкурентов, начала разработку соответствующих микросхем параллельно с разработкой своих процессоров. Кратко охарактеризуем некоторые из распространенных.
Чипсет 460GX предназначен для мощных многопроцессорных серверов на базе процессора Itanium с интерфейсом РАС418. Поддерживается работа четырех процессоров. Отметим, что существуют чипсеты, которые организуют работу 32 процессоров Itanium.
Чипсет i815 проектировался как преемник популярного чипсета 440ВХ. Он поддерживает процессоры Pentium III и Celeron на ядре Coppermine. Поддерживаются частоты системной шины 66, 100 и 133 МГц. Чипсет iS 15 имел встроенное графическое ядроi752. Более поздние модификации чипсета iS 15 поддерживали процессоры Pentium III и Celeron на ядре Tualatin, шину USB 2.0 и интерфейс АТА-100.
Чипсет (865РЕ — поддерживает процессоры Pentium 4 и Celeron с частотами шины 400/533/800 МГц, а также двухканальную память SDRAM DDR266/DDR333/DDR400. В чипсете реализована шина AGP 8х. Новый южный мост ICH5 поддерживает Serial ATA-150. Чипсет I865G отличается отi865PE наличием интегрированного графического ядра Intel Extreme Graphics
2.3.4.4. Чипсеты фирм ALi, SiS, Via и NVIDIA
Одним из преимуществ продукции Ali, VIA и SiS всегда являлась шина. Рассмотрим сначала Чипсеты для процессоров Intel Pentium 4.
Чипсет SIS648 в свое время имел высокую производительность и был реальным конкурентом связке i85OE+RDRAM (PC1066), причем плата на SiS648 с DDR400 стоила заметно дешевле сочетания Intd+Rambus. Но этот чипсет не поддерживал технологию НТ {Hyper—Threading — Многопоточность).
Чипсет SIS655FX — это чипсет с двухканальной поддержкой памяти DDR400 и процессоров Pentium 4 (FSB 800 МГц) с технологией Hyper—Threading. Пропускная способность чипсета (процессор-северный/южный мост — память) 6,4 Гб/с. Южный мост, SiS964 имеет интерфейс Serial ATA и способен обеспечить поддержкуRAID-массива.
Чипсет VIA PT880 — набор системной логики для процессоров Pentium 4. Чипсет поддерживает частоты системной шины 400, 533 и 800 МГц.
Чипсеты SiS733, SiS735, SiS745, SiS746, SiS746FX, SiS748 предназначены для платформы Socket А, т.е. процессоров фирмы AMD 7 поколения (Athlon/Duron). Чипсет NVIDIA nForce2 Ultra 400 для платформы AMD Athlon XP (Socket А) поддерживает двухканальную память DDR266/333/400, системную шину 400 ГГц, AGP, 4 порта USB 2.0, FireWire, ATA133, Serial ATA.
Чипсет NVIDIA nForce3 Pro предназначен для новых 64-разрядных процессоров семейства Opteron от AMD. Выпущено несколько вариантов чипсета. Например, вариант nForce3 Pro 150 имеет 10/100 Мбит/с Ethernet и три Ultra ATA-133, поддерживает USB 2.0, АС’97 аудио, PCI, AGP 8х и RAID уровня 0, 1 и 0+1, Socket 754.
2.3.4.5. Последовательные и параллельные порты Ввода/вывода
Обычно шина предназначена для обмена информацией между несколькими устройства ми, в то время как порт — только между двумя (между шиной и внешним устройством). Например, шина AGP фактически является портом.
Для управления периферийными устройствами используется расположенный на материнской плате контроллер ввода/вывода, который подключен непосредственно к микросхеме южного моста чипсета. Контроллер ввода/вывода; обычно поддерживает два последовательных порта СОМ1 и COM2, порты PS2, один параллельный порт LPT и порт клавиатуры. Порт С0М1 используется обычно для подключения манипулятора «мышь», COM2 — для подключения внешнего модема, LPT-для принтера или сканера. Разъемы портов ввода/вывода расположены на материнской плате, но обязательно выведены на заднюю панель корпуса компьютера либо с помощью специальныхшлейфов, либо непосредственно с материнской платы. Появление новых, более быстродействующих, стандартов интерфейсных шин USB и FireWire вытесняет старые малопроизводительные порты .К шине FireWire может быть одновременно подключено до 63 устройств, а к шине USB — до 127. Такое большое число одновременно подключенных к компьютеру устройств с помощью шины USB объясняется ее топологией, которая представляет собой соединение «звезда». Всего через один корневой концентратор может быть подключено 127 концентраторов или USB-устройств. Однако, учитывая относительно невысокую пропускную способность шины, оптимальным числом следует считать 4—5 одновременно подключенных устройств. При этом более скоростные устройства следует подключать ближе к корневому концентратору. Шина USB призвана заменить порты ввода/вывода СОМ1, COM2, LPT, порт клавиатуры и т.д.
Вы познакомившись с общим устройством материнской платы современного компьютера, узнали, что производительность материнской платы напрямую связана с набором микросхем (чипсетом) и частотой системной шины.
Hi there! This post couldn’t be written any better!
Going through this post reminds me of my previous roommate!
He constantly kept preaching about this. I am going to send this post to
him. Fairly certain he’s going to have a very good read.
Thanks for sharing!