- Автоматизация
- Антропология
- Археология
- Архитектура
- Биология
- Ботаника
- Бухгалтерия
- Военная наука
- Генетика
- География
- Геология
- Демография
- Деревообработка
- Журналистика
- Зоология
- Изобретательство
- Информатика
- Искусство
- История
- Кинематография
- Компьютеризация
- Косметика
- Кулинария
- Культура
- Лексикология
- Лингвистика
- Литература
- Логика
- Маркетинг
- Математика
- Материаловедение
- Медицина
- Менеджмент
- Металлургия
- Метрология
- Механика
- Музыка
- Науковедение
- Образование
- Охрана Труда
- Педагогика
- Полиграфия
- Политология
- Право
- Предпринимательство
- Приборостроение
- Программирование
- Производство
- Промышленность
- Психология
- Радиосвязь
- Религия
- Риторика
- Социология
- Спорт
- Стандартизация
- Статистика
- Строительство
- Технологии
- Торговля
- Транспорт
- Фармакология
- Физика
- Физиология
- Философия
- Финансы
- Химия
- Хозяйство
- Черчение
- Экология
- Экономика
- Электроника
- Электротехника
- Энергетика
Задание для самостоятельной работы
Лабораторная работа
АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
Цель работы, изучить назначение и технические характеристики аппаратных средств современного персонального компьютера.
Задание
1. Изучить методические указания и рекомендуемую литературу.
2. При помощи программы «Everest» собрать данные о технических характеристиках персонального компьютера.
Методические указания
К основным составным частям персонального компьютера относят, системный блок, монитор, клавиатуру, мышь. В свою очередь, системный блок состоит из материнской (системной) платы на которой установлены центральный процессор, оперативная память, платы расширения (звуковой адаптер, видеоадаптер, сетевой адаптер и т.д.), блока питания, жёсткого диска, оптического привода и др.
Рассмотрим состав, назначение и характеристики некоторых основных компонентов системного блока.
Системная плата(рис. 1.1) - это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор ЦП, контроллер оперативного запоминающего устройства ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное постоянное запоминающее устройство ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода).
Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).
Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины - 100 МГц).
К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше - 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.
Рис. 1.1. Логическая схема системной платы
По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. На рисунке 1.1 для подключения видеоплаты используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединённая с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.
Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.
Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access - прямое подключение к памяти).
Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как COM1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъёмов, которые выведены на заднюю панель системного блока.
Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передаёт одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LTP, а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.
Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств. Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2.
Системные платы классифицируются по форм-фактору.
Форм-факторматеринской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.
Примерами обозначения форм-факторов могут быть:
• устаревшие: Baby-AT, Mini-ATX, полноразмерная плата AT, LPX;
• современные: АТХ, microATX, Flex-АТХ, NLX, WTX, CEB;
• внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX, Pico-ITX, BTX, MicroBTX и PicoBTX.
Центральный процессор- центральное вычислительное устройство, исполнитель машинных инструкций, часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера, отвечающий за выполнение операций, заданных программами.
В настоящее время используются многоядерные процессоры на одном или нескольких кристаллах.
Для повышения быстродействия используют так называемое кэширование. Кэширование - это использование дополнительной быстродействующей памяти (кеш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.
Оперативная память- это рабочая область для процессора компьютера. В ней во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск). При новом включении питания сохранённая информация вновь может быть загружена в память.
Устройства оперативной памяти иногда называют запоминающими устройствами с произвольным доступом. Это означает, что обращение к данным, хранящимся в оперативной памяти, не зависит от порядка их расположения в ней.
В современных компьютерах используются запоминающие устройства трёх основных типов.
• ROM (Read Only Memory). Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ, не способное выполнять операцию записи данных.
• DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки.
• SRAM (Static RAM). Статическая оперативная память.
В памяти типа ROM данные можно только хранить. Именно поэтому такая память используется только для чтения данных. ROM также часто называется энергонезависимой памятью, потому что любые данные, записанные в неё, сохраняются при выключении питания. Поэтому в ROM помещаются команды запуска персонального компьютера, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему.
Основной код BIOS содержится в микросхеме ROM на системной плате, но на платах адаптеров также имеются аналогичные микросхемы. Они содержат вспомогательные подпрограммы базовой системы ввода-вывода и драйверы, необходимые для конкретной платы, особенно для тех плат, которые должны быть активизированы на раннем этапе начальной загрузки, например видеоадаптер.
Динамическая оперативная память DRAM используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что её ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой ёмкости.
Ячейки памяти в микросхеме DRAM - это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут «стекать» и данные будут потеряны.
Статическая оперативная память SRAM названа так потому, что в отличие от динамической оперативной памяти, для сохранения её содержимого не требуется периодической регенерации, но это не единственное её преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.
Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из шести транзисторов. Использование транзисторов без каких-либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. Почему же тогда микросхемы SRAM не используются для всей системной памяти? Ответ прост. По сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность её гораздо ниже, а цена довольно высока. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная ёмкость намного меньше. Всё это не позволяет использовать память типа SRAM в качестве оперативной памяти в персональных компьютерах.
Жёсткий диск- энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех компьютерах. Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.
Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.
Блок головок - пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.
Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете.
Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.
Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.
Блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.
Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.
Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).
Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.
Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.
Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).
Сетевая плата(адаптер) -периферийное устройство, позволяющее компьютеру
взаимодействовать с другими устройствами сети.
Звуковая карта- плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или как внешними устройствами.
Видеокарта(видеоадаптер) - устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.
Более полную информацию по компонентам компьютера и, в частности, системного блока можно найти на сайтах сети Интернет [1, 2, 3, 4].
Порядок выполнения работы
1. Запустить программу Everest на тестируемом компьютере и с помощью мастера отчётов (меню «Отчёт») сформировать отчёт об аппаратном обеспечении.
2. Заполнить табл. 1.
1. Задание для самостоятельной работы