Персональные компьютеры (ПК)

Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер {Personal Computer, PC) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц. Особенно широкую популярность персональные компьютеры получили после 1995 года в связи с бурным развитием Интернета. Персонального компьютера вполне достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации. Персональные компьютеры являются также удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Они вносят большой вклад не только в производственные, но и в социальные отношения. Их нередко используют для организации

надомной трудовой деятельности, что особенно важно в условиях ограниченной трудозанятости. До последнего времени модели персональных компьютеров условно рассматривали в двух категориях: бытовые ПК и профессиональные ПК. Бытовые модели, как правило, имели меньшую производительность, но в них были приняты особые меры для работы с цветной графикой и звуком, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с достигнутым в последние годы резким удешевлением

средств вычислительной техники границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых нередко используют высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств. Под термином мультимедийная подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных. С 1999 по 2002 год в области персональных компьютеров действовали международные

сертификационные стандарты — спецификации РС99-РС2002. Они регламентировали принципы классификации персональных компьютеров и оговаривали минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Стандарты устанавливали

следующие категории персональных компьютеров:

• Сотгзитег PC (M3iCcoBbm ПК);

• Office PC (деловой ПК);

• Mobile PC (портативный ПК);

• Workstation PC (рабочая станция);

• ^гг^ег^шггт^ш^ PC (развлекательный ПК).

Каждая категория имела свои особенности: для портативных ПК обязательным было наличие средств компьютерной связи, в категории рабочих станций предъявлялись повышенные требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК — к средствам воспроизведения графики и звука. Одна из целей такой стандартизации состояла и в том, чтобы наметить пути дальнейшего развития и совершенствования персональных компьютеров. Однако развитие аппаратных средств персонального компьютера привело к постепенному размытию границ между разными категориями, а планы развития часто не оправдывались.

Поэтому обновление этих стандартов было прекращено, хотя при приобретении компьютера для конкретных задач классификацию, введенную этими стандартами, все еще полезно держать в голове.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно

собирать из готовых узлов и блоков. По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами.

Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно,

бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один

байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств,

устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с;Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами). Первоначально пропускная способность последовательных интерфейсов была меньше, а коэффициент полезного действия — ниже. Из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют

и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не

байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с,

Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения

скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной

передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют,

поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем

случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств

выражают в знаках в секунду или, что то же самое, в символах в секунду (с/с),

но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.

Первоначально последовательные интерфейсы применяли для подключения «медленных

» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств

ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных

устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда отсутствуют

существенные ограничения по продолжительности обмена данными.

Однако с развитием техники появились новые, высокоскоростные последовательные

интерфейсы, не уступающие параллельным, а нередко и превосходящие их по

пропускной способности. Сегодня последовательные интерфейсы применяют для

подключения к компьютеру любых типов устройств.

Базовая аппаратная конфигурация персонального

Компьютера

Персональный компьютер — универсальная техническая система. Его конфигурацию

(состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не

менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком

комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может

меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства

(рис. 3.1):

• системный блок;

• монитор;

• клавиатура;

• мышь.

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены

наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока,

называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, — внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного

хранения данных, также называют wфг/0e'J!?wшbшг/.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных

компьютеров выпускают в горизонтальном {desktop) и вертикальном {tower)

исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам:

полноразмерный {big tower), среднеразмерный {midi tower) и малоразмерный {mini

tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские

и особо плоские {slim).

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него

зависят требования к размещаемым устройствам. Прежним стандартом корпуса

Мышь

Рис, 3.1. Базовая конфигурация компьютерной системы

персональных компьютеров был форм-фактор AT, в настоящее время в основном

используются корпуса форм-фактора АТХ. Форм-фактор корпуса должен быть

обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера,

так называемой материнской платы (см. ниже).

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким

образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса.

Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт.

Монитор

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). ЭЛТ-мониторы

обеспечивают лучшее качество изображения, но в пользу жидкокристаллических

мониторов говорит их компактность, небольшой вес, идеально плоская

поверхность экрана.

Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части

экрана по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14";

15"; 17"; 19"; 20"; 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы

размером 15 (ЖК) и 17 дюймов (ЭЛТ), а для операций с графикой желательны

мониторы размером 19-21 дюйм (ЭЛТ).

Изображение на экране ЭЛТ-монитора получается в результате облучения люми-

нофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной

колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие

имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом.

6 4 Глава 3. Устройство персонального компьютера

Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было

четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными

отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных

проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг

между отверстиями или щелями {шагмаски), тем четче и точнее полученное изображение.

Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены

мониторы с шагом маски 0,24-0,26 мм. Устаревшие мониторы могут

иметь шаг до 0,43 мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с

компьютером. Модели повышенной стоимости Morjrr иметь значение менее 0,24 мм.

На экране жидкокристаллического монитора изображение образуется в результате

прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых

зависит от приложенного напряжения. Элементарная триада состоит из трех ячеек

зеленого, красного и синего цвета и соответствует одному пикселу экрана. Размер

монитора по диагонали и разрешение экрана однозначно определяет размер такой

триады и, тем самым, зернистость изображения.

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 (см, ниже), хотя предельные возможности определяет

все-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче

и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно

работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое

мерцание изображения может быть заметно невооруженным глазом. Сегодня такое

значение считается недопустимым. Для ЭЛТ-мониторов минимальным считают

значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным — 100 Гц и более. У жидкокристаллических

мониторов изображение более инерционно, так что мерцание

подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц уже считается

комфортной.

^Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор

с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными

считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО'92,

ТСО-95у ТСО'99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт MPR-II ограничил

уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека.

В стандарте ТСО'92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО'95 и ТСО'99 —

ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте

ТСО-95у а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам,

определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые

свойства покрытия).

Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно

управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели,

обычно входят в системный комплект программного обеспечения — мы рассмотрим

их при изучении операционной системы компьютера.