Порты ввода-вывода

Как устроен компьютер

Компьютеры давно и прочно вошли в нашу жизнь. Сложно представить — что было бы, если бы они вдруг исчезли!

Мы часто автоматическим движением нажимаем на кнопку включения, ждем минуту-другую, пока компьютер загружается. И потом начинаем делать на нем какую-то работу, постукивая по клавиатуре.

И не задумываемся, что при этом происходит в его недрах. Про то, как работают компьютерные устройства можно написать (и написано уже) сотни статей.

Мы постараемся в данной статье посмотреть под практическим углом зрения на то, как устроено это чудо техники.

Существует большое число видов компьютеров — настольные, портативные (ноутбуки, нетбуки и иже с ними), мэйнфрэймы (суперкомпьютеры в шкафах, вроде тех, которые используют для предсказания погоды) и другие. Мы рассмотрим начинку настольного компьютера, который называют еще персональным (ПК).

Как устроен настольный компьютер

Основная часть настольного (desktop) компьютера — это системный блок. Это тот «сундук», в который вставляется множество проводов, в том числе и кабель питающего напряжения 220 В. Результаты нашей работы отображаются на мониторе. Информация вводится в компьютер с помощью клавиатуры и манипулятора «мышь». И монитор, и клавиатура, и мышь подключаются к соответствующим разъемам системного блока.

Снимем боковую крышку системного блока и заглянем внутрь. В верхней части видим

Блок питания

Блок питания (далее — БП) вырабатывает из переменного сетевого напряжения 220 В несколько постоянных напряжений для питания компонентов компьютера. Он может отдавать мощность от 300 до 600 Вт и более.

В производительных компьютерах, имеющих мощные процессоры, графические видеокарты и дополнительные устройства на борту, применяются БП повышенной мощности. В серверах (еще более мощных компьютерах, имеющих несколько процессоров и управляющих локальными вычислительными сетями) могут применяться БП мощностью 1 кВт и больше.

Вначале сетевое напряжение выпрямляется и превращается с помощью фильтра в постоянное. Затем инвертор превращает его в переменное с частотой в несколько десятков килогерц. Это переменное напряжение понижается импульсным трансформатором с несколькими обмотками. Затем оно выпрямляется и фильтруется, превращаясь в несколько нужных нам постоянных.

Ввиду того, что преобразование выполняется на относительно высокой частоте (а не на частоте сети 50 Гц) размеры трансформатора (и всего БП) при достаточно большой мощности получаются небольшими. БП содержит в себе один или два вентилятора, охлаждающих его компоненты и заодно пространство системного блока.

При этом воздух втягивается через щели, протягивается через системный блок и выбрасывается вентилятором наружу. В воздухе всегда есть пыль, которая постепенно скапливается внутри компьютера, особенно в радиаторе процессора и самом БП. Она ухудшает теплоотдачу, поэтому ее надо периодически (хотя бы раз в год) удалять.

Отметим, что в БП могут применяться вентиляторы разных диаметров — от 80 до 130 мм. Вентилятор большего диаметра при одной и той же производительности имеет меньшие обороты и поэтому меньше шумит.

Разъемы блока питания

Выходные напряжения БП выводятся на разъемы разноцветными проводниками:

· +5 В — проводниками красного цвета,

· +12 В — проводниками желтого цвета,

· +3,3 В — проводниками оранжевого цвета,

· общие — проводниками черного цвета.

БП имеет несколько разъемов, основной из них — 24 контактный, который вставляется в материнскую плату. В старых блоках питания использовался 20 контактный разъем. Другие разъемы, с меньшим числом контактов, используются для подачи напряжений на винчестер, привод DVD и видеокарту (если требуется). Заканчивая краткий рассказ о БП, отметим, что он снабжен схемами защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Материнская плата

Если мы переведем взгляд ниже, увидим материнскую плату, основную часть компьютера. Материнская плата представляет собой кусок изоляционного материала с токопроводящими дорожками и напаянными деталями и разъемами. В эти разъемы могут вставляться:

· процессор,

· модули памяти,

· платы расширения,

· разъем блока питания,

· провода дополнительных разъемов, индикации и кнопок,

· 3 В литиевая батарейка.

Разъем для процессора

Больше всего контактов в разъеме для процессора. Современные процессоры имеют более тысячи контактов. Процессоры могут иметь выводы (или pins, пины) или контактные площадки («пятачки»). Разъем для процессоров сконструирован так, что обеспечивается плотный и надежный контакт между ними и ответной частью — «сокетом» (socket), установленным на плате.

Иногда (к счастью, достаточно редко) контакт ослабевает. В этом случае компьютер может не стартовать. И может сложиться ложное впечатление, что неисправна материнская плата или процессор. Повторная установка процессора в разъем решает эту проблему. В один разъем может устанавливаться несколько типов процессоров, но только одной фирмы.

В бытовых и офисных компьютерах почти всегда используются процессоры фирм «AMD» и «INTEL». Процессоры фирмы AMD нельзя установить в разъем для процессоров INTEL и наоборот. Разъем и процессор содержат ключи, поэтому процессор можно вставить только одним определенным — правильным образом.

Охлаждение процессора

Современные процессоры могут потреблять от БП мощность 100 Вт и более. Это большая величина, поэтому на процессор устанавливают Cooler (охладитель), состоящий из металлического радиатора и вентилятора. Радиаторы могут быть только из алюминиевого сплава или из алюминиевого сплава с медной вставкой.

Медь проводит тепло лучше алюминия, поэтому вставку впрессовывают в центр радиатора, в месте контакта с металлической крышкой процессора. Между процессором и радиатором наносится тонкий слой теплопроводящей смазки, улучшающей тепловой контакт. Иногда может применяться жидкостная система охлаждения.

Она устанавливается в том случае, если невозможно установить достаточно громоздкий охладитель непосредственно на процессор из-за недостатка места. В этом случае тепло отводится жидкостью по трубкам к охладителю, установленному в удобном месте.

Вентилятор управляется схемой управления, расположенной на материнской плате. Если температура процессора в процессе работы увеличивается, схема управления отслеживает это и увеличивает обороты вентилятора. Отметим, что для охлаждения процессоров используются более качественные вентиляторы, с бОльшим ресурсом работы, чем в БП.

Модули памяти

Следующая группа разъемов используется для установки модулей оперативной памяти. Разъемы содержат защелки, а модули — выступ на коротких сторонах, что позволяет надежно фиксировать модуль в разъеме. Кроме того, на нижней стороне модуля (там, где контакты) есть еще один ключ в виде выреза. Это исключает установку модулей не подходящих к данной плате типов.

На плате могут устанавливаться один или несколько модулей. В настоящее время емкость модулей памяти исчисляется гигабайтами (Gb). Современный модуль DDR3 имеет 240 контактов.

Контакты расположены по обеим сторонам модуля, поэтому такие модули называются DIMM (Dual In-line Memory Module, двухсторонний модуль памяти). Контакт в разъеме достаточно надежен, но иногда он может ослабевать, и компьютер при включении не подает «признаков жизни» или издает длинные гудки. Повторная установка модулей решает эту проблему. Переставить модуль памяти легче, чем процессор, ведь для этого не надо наносить теплопроводящую пасту.

Переставлять модуль памяти и процессор нужно только тогда, когда компьютер выключен, и шнур питания вынут из розетки.

Порты ввода-вывода

На материнской плате всегда присутствуют порты ввода-вывода.

При слове «порт» вспоминается какой-нибудь морской порт, который доставляет грузы в разных направлениях.

Через порты курсирует информация, которая как вводится в компьютер, так и выводится из него.

Типичные устройства ввода информации — клавиатура и манипулятор «мышь».

Типичное устройство вывода — лазерный или струйный принтер. Отметим, что хотя порт клавиатуры работает на ввод, данные по нему могут перемещаться в обоих направлениях — как от клавиатуры в компьютер, так и от компьютера в клавиатуру.

Клавиатура имеет собственный микропроцессор, и процессор при инициализации дает ему «ценные» указания. Существует несколько видов портов: PS/2 (для клавиатуры и мыши), COM (последовательный порт), LPT (параллельный порт), USB (универсальная последовательная шина) и другие. Современная тенденция такова, что количество видов портов уменьшается.

В частности, старые порты COM и LPT на новые материнские платы устанавливаются далеко не всегда. Точнее, они могут там быть только в виде разъема на плоскости платы, а на той стороне, что выходит на заднюю часть компьютера, их нет.

Все большую популярность и распространение приобретает интерфейс USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина). Он пережил уже несколько модификаций. Большим достоинством его является то, что устройства с ним можно переключать «на ходу», т. е. не выключая компьютер.

С портами PS/2 и LPT такой трюк мог закончиться плачевно — выходом из строя порта или устройства, к нему подключенного. Несомненно, порты USB – большой шаг вперед во всех отношениях.

Компьютер может обмениваться информацией не только с периферийными устройствами, но и остальным внешним миром (посредством локальных сетей и интернета). Подобного рода обмен осуществляется через LAN (Local Area Network, локальная вычислительная сеть) порт. Скорость обмена информацией может быть столь велика, что можно смотреть в режиме реального времени фильмы с любым разрешением!

12 3 4 Следующая ⇒