Складові частини ПК та їх характеристики

Основними компонентами, що входять до конфігурації основних типів комп'ютерів, є (рис 2.3):
- центральний процесор;
- материнська плата;
- оперативна пам'ять;
- накопичувані на твердих магнітних дисках;
- накопичувані на змінних магнітних і оптичних дисках;
- відеокарта чи відеоприскорювач;
- порти для підключення периферійних пристроїв.

Рис. 2.3. Конфігурація й основні компоненти персонального комп'ютера (доступно при скачуванні повної версії підручника)

Центральний процесор. Процесор (processor) — функціональна частина обчислювальної машини (комп'ютера), призначена для інтерпретації програм. Саме в процесорі комп'ютерна програма перетворюється в якісь дії — показ на моніторі символів чи зображень; запис чи читання даних із пристроїв збереження; команди периферійним пристроям.
Швидкодія процесора визначається кількістю тактів, що виконуються в одну секунду, тактовою частотою (кількість елементарних операцій в одну секунду, Герц). У сучасних процесорах для підвищення швидкодії застосовуються технологія прогнозування послідовності операцій і відповідно заздалегідь вибудовується черга виконуваних команд.
При високій тактовій частоті процесора на швидкодію починає впливати час, необхідний на обмін даними між процесором і оперативною пам'яттю (відстань близько 5-7 см). У зв'язку з цим розробники поміщують частину оперативної пам'яті безпосередньо на сам процесор (наявна, cash-пам'ять). Ємність такої пам'яті становить 256-512 Кб, деякі моделі процесорів містять надоперативну пам'ять другого рівня.
У наш час (у середині 2005 р.) найбільш поширені центральні процесори двох основних розробників — фірм Intel і AMD (США). Фірма Intel виробляє різні моделі процесорів на основі Pentium 4 з тактовою частотою від 1500 до 3400 МГц, ємністю кеш-пам'яті 512-1024 Кб і різною швидкістю обміну інформацією із системною шиною (333-800 МГц). Для офісних комп'ютерів, що не використовують багато команд для наукових і графічних розрахунків, випускається лінія процесорів Celeron 1000-2500 МГц (без розширеного набору команд і зменшеним до 256 Кб розміром кеш-пам'яті). Для роботи в багатопроцесорних робочих станціях розроблений процесор Хеоп з частотою 2400-3060 МГц і вище і ємністю кеш-пам'яті до 2 Мб.
Фірма AMD випускає процесори, широко використовувані для складання недорогих моделей ПК — Sampron 1200-2200. Процесори G4 і G5 з тактовою частотою 700-2000 МГц виробництва фірми Motorolla використовуються для складання ПК фірми Apple. Ці процесори характеризуються розширеним набором команд обробки графіки, тому комп'ютери на їхній основі переважно використовуються як мультимедіа-станції чи графічні станції для відеомонтажу, верстки, тривимірного графічного моделювання і ін.

Материнська плата. Материнська плата (motherboard) призначена для кріплення і з'єднання всіх інших вузлів комп'ютера в системному блоці. Являє собою пластину з пластикового ізоляційного матеріалу, на яку напаяні з'єднання і гнізда длякріплення процесора й інших чипів, оперативної пам'яті, гнізда для плат розширення, елементи електроживлення та ін.
Основу материнської плати складає системна шина — ряд рівнобіжних провідників для передачі 32-розрядних машинних чисел, за допомогою яких виробляється обмін даними між процесором, оперативною пам'яттю, накопичувачами інформації, платами, керуючими зовнішніми пристроями і ін. Швидкодія такого обміну залежить від частоти системної шини — 133, 266, 333, 400, 533 чи 800 МГц.
Функціональні можливості материнської плати визначаються набором рознімань для приєднання комплектуючих і мікросхем, призначених для керування спільної роботи комплектуючих різних фірм. На материнській платі може бути одне чи кілька гнізд для центрального процесора, від одного до чотирьох рознімань для мікросхем оперативної пам'яті, рознімання високо-швидкісного графічного обміну з відеокартою AGP, від двох до восьми рознімань для плат пристроїв стандартів РСІ чи ISA, рознімання (порти) для підключення миші, клавіатури, рознімання RS232 для принтера, універсальне рознімання USB.
До обов'язкового набору мікросхем на сучасній платі входять два чипи (так звані Північний і Південний порти), що дозволяють процесору працювати з численним набором різних комплектуючих в умовах постійного відновлення стандартів, протоколів обміну даними та ін. Чип базової системи введення-виведення інформації (BIOS) зберігає інформацію про конфігурацію компонентів системи, відслідковує наявність і настроювання основних пристроїв і керує комп'ютером при відключеному живленні та на початкових етапах завантаження ОС. На деяких моделях материнських плат інтегровано багато функціональних можливостей (звук, відеовихід, керування накопичувачами на твердих і змінних носіях, порти), що раніше могли використовуватися тільки у вигляді змінних плат, що вставляються в рознімання РСІ чи ISA.
Материнська плата із закріпленими на ній комплектуючими міститься в корпусі системного блока. Корпус захищає компоненти ПК від зовнішніх механічних впливів. На корпусі закріплений блок живлення з вентилятором охолодження, рознімання для установки змінних накопичувачів (дисководи для магнітних і оптичних дисків), кнопки включення живлення і перезавантаження, індикатори роботи комп'ютера та ін. Корпуси мають різні стандартні розміри й оформлення, що дозволяють розміщати різні набори устаткування залежно від призначення й умов роботи ПК.
Оперативна пам'ять. Оперативна пам'ять призначена для розміщення програм і даних, використовуваних процесором безпосередньо в процесі поточної роботи. Складається з комірок для запису, збереження і зчитування даних, об'єднаних у 32-розрядні адресні регістри. При відключенні живлення дані в оперативній пам'яті стираються. Конструктивно оперативна пам'ять виконана у вигляді модуля з набором спеціальних мікросхем, закріплених на пластиковій платі з контактами, що вставляються в спеціальні рознімання на материнській платі. Технічні характеристики оперативної пам'яті визначаються місткістю і швидкістю обміну із системною шиною.
Постійно розробляються нові типи і стандарти оперативної пам'яті. У наш час найбільш широко використовуються модулі пам'яті типу DDR зі швидкістю перезапису даних у комірках 3-6 наносекунд. Модулі пам'яті DDR мають різну ємність (128, 256, 512, 1024 Мб) і швидкість передачі даних 266-800 МГц. Так само з процесорами ранніх версій можуть використовуватися модулі пам'яті стандартів DIMM (128-512 Мб, 133 МГц) і SIMM (8-64 Мб).
Накопичувачі яа твердих магнітних дисках. Накопичувачі на твердих магнітних дисках (HDD, вінчестери) призначені для збереження програм і даних протягом тривалого періоду часу; ця пам'ять не залежить від підключення енергії. Інформація записується у вигляді магнітних плям (міток) на дисках з магнітним покриттям. Запис і зчитування магнітних міток виконуються за допомогою спеціальної голівки, що переміщується над поверхнею диска. Одна чи кілька дискових пластин з голівками помішуються в герметичний металевий корпус, оснащений електродвигунами обертання дисків і переміщення голівок, системою керування (контролером) і оперативною пам'яттю (буфером) для тимчасового збереження даних при записі чи зчитуванні. За умовами використання розрізняють: внутрішні накопичувачі (постійно закріплені в системному блоці), змінні накопичувачі (вставляються в спеціальні рознімання системного блока чи дискового масиву) і зовнішні (в окремому корпусі з блоком електроживлення і системою вентиляції, зв'язок з іншими компонентами підтримується за допомогою високошвидкісних з'єднань SCSI, FireWire чи USB).
Тверді магнітні диски залежно від типу контролера поділяються на три основні типи: IDE, SCSI, RAID. Найбільшого поширення набули накопичувачі типу IDE. Численні моделі цього типу мають швидкість обертання 5400 чи 7200 об/хв; ємність дискової пам'яті від 20 до 250 Гб; ємність буфера обміну 2-8 Мб. Накопичувачі з контролером SCSI характеризуються значно більш високоюшвидкістю передачі даних за рахунок удосконаленого протоколу обміну і швидкості обертання дисків 10000-15000 об/хв, місткість дискової пам'яті — 20-150 Гб, буфер обміну — до 8 Мб. Контролери типу RAID здатні підтримувати одночасну роботу кількох накопичувачів, забезпечувати дублювання запису на кілька пристроїв, відновлювати інформацію у випадку перебоїв, контролювати якість поверхні дисків, змінювати пристрої без вимикання та ін. Місткість дискових масивів RAID залежить від кількості одночасно підтримуваних пристроїв і може досягати 16 Терабайт. Основними виробниками накопичувачів на твердих магнітних дисках є фірми Samsung, Western Digital, IBM, Maxtor, Seagate.

Накопичувачі на змінних магнітних і оптичних дисках, стрічкові накопичувані, карти пам'яті. Накопичувачі на змінних магнітних дисках (флопі-диски, гнучкі диски, дискети) призначені для тимчасового чи постійного збереження програм і даних, а також для обміну даними між комп'ютерами. Гнучкий магнітний диск являє собою круглу пластикову пластину діаметром 3,25 дюйма (83 мм) у пластиковому захисному конверті. Стандартна ємність дискети - 1,44 Мб. Дисководами для таких дискет оснащений практично кожен ПК, однак недостатня місткість цього типу пристроїв змушує розробників шукати нові стандарти для їхньої заміни.
Поширені накопичувачі на магнітно-оптичних дисках двох типів: Iomega ZIP місткістю 100 і 250 Мб і Iomega JAZ ємністю 1000 і 2000 Мб.
Значного поширення накопичувачі з оптичним принципом запису і зчитування інформації - оптичні або лазерні диски. Оптичні диски можуть бути надійним засобом збереження архівів і резервних копій даних, розрахунковий термін служби оптичного диска становить до 100 років. У наш час розроблено три типи оптичних дисків ємністю до 700 Мб: CD (тільки читання), CD-R (одноразовий запис і читання), CD-RW (багаторазовий запис-читання). Для кожного типу дисків існують відповідні дисководи, що підтримують необхідні функції. Так само існують комбіновані дисководи, здатні працювати з усіма трьома типами дисків. Технічні характеристики дисководів визначаються швидкістю зчитування/запису даних. Швидкість визначається кратною стосовно першого стандарту CD. Наприклад, типова швидкість сучасних дисководів становить 52х-54х при читанні даних і 24х-32х при записі.
Відносно новим стандартом оптичних накопичувачів є диски стандарту DVD ємністю 4,7 Гб. Для цього стандарту розроблені різні типи дисків і дисководів з можливістю читання і запису даних.
Для систем, що використовують операцію постійного резервного копіювання оперативної інформації, використовують стрічкові магнітні накопичувачі (стримери) з касетами ємністю 24 чи 40 Гб.
У мобільних ПК і багатьох геодезичних електронних приладах використовуються накопичувачі на електромагнітній енерго-незалежній пам'яті — flash-карти. Ці пристрої не мають деталей, що рухаються, і зручні для застосування в польових умовах, мають розміри і формат банківської електронної картки, розміри деяких моделей наближаються до розмірів поштової марки. Ємність більшості моделей flash-карт (CompactFlash, Secure Digital, SmartMedia, Memory Stick) різних виробників становить 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мб. Для перенесення інформації з flash-карт у ПК останній повинен бути оснащений спеціальним карт-зчитувачем (окремо для кожного типу чи комбінованим).

Відеокарти і відеоприскорювачі. Відеокарти призначені для перетворення сигналів процесора у відеозображення певного стандарту, що через спеціальне рознімання може бути передана на монітор чи інший пристрій візуалізації. Відеокарта виконана на окремій платі, що вставляється у рознімання РСІ чи AGP, оснащена спеціальнім графічнім чипом з необхіднім набором команд і відеопам'яттю (1-2 Мб), у який зберігається сформоване відеозображення. Сучасні відеокарти можуть бути настроєні на кілька відеостандартів, що розрізняються за екранним дозволом і глибиною передачі кольору. Звичайно відеокарта формує, зберігає і віддає на монітор одну-дві сторінки відеозображення (звичайний режим роботи для офісних додатків).
У графічних додатках, зв'язаних із тривимірним моделюванням, накладенням напівтонових текстур на об'єкти, розрахунком освітленості і тіней, рухом та ін., можливостей звичайної відеокарти стає недостатньо.
Для формування і візуалізації динамічної тривимірної графіки використовуються спеціальні відеоприскорювачі з графічними процесорами типу Radeon чи GeForce і відеопам'яттю обсягом 64-128 Мб, що дозволяє розвантажити центральний процесор для виконання основних розрахункових завдань.

Засоби зв'язку. Для зв'язку комп'ютерів і побудови обчислювальних комп'ютерних мереж використовуються різні типи з'єднань. Найбільш поширені локальні мережі на основі кабельних і безкабельних з'єднань, а також вилучені з'єднання за допомогою телефонних ліній.
При побудові локальної мережі в межах однієї кімнати чи будинку використовуються кабельні з'єднання. Кожен комп'ютер оснащується спеціальною мережною картою, що перетворює сигнали процесора й інших пристроїв за спеціальним протоколом ТСР-ІР у сигнал, який може бути переданий по кабельному з'єднанню. Сучасні мережні карти можуть підтримувати швидкість передачі даних 10, 100 чи 1000 Мбіт/сек. При побудові мереж складної конфігурації в неї можуть включатися спеціальні пристрої, що концентрують і керують потоками даних — Hub-i.
При побудові локальних мереж з мобільними комп'ютерами можна використовувати безкабельні з'єднання: на основі інфрачервоних променів (IrDA) чи ультракороткохвильового радіо (Wi-Fi, Bluetooth), що діють тільки в межах прямої видимості. Кожна мережна карта повинна оснащуватися приймачем-передавачем відповідного типу.
Для сполучення комп'ютерів через телефонну мережу використовуються модеми, які перетворюють сигнали процесора в спеціальний код за певним протоколом (V.90, V.92, V.34 та ін.). Швидкість передачі даних звичайними телефонними лініями становить 36-56 Кбіт/сек, виділеними лініями — до 2,3 Мбіт/сек. Для зв'язування віддалених комп'ютерів використовують модеми різної пропускної здатності, комутатори, маршрутизатори, високошвидкісні оптичні і супутникові лінії зв'язку. Разом зі сховищами каталогізованої інформації і пошукових серверів ці пристрої створюють і підтримують у робочому стані всесвітню павутину мережі INTERNET.