Внешние устройства персонального компьютера. Их назначение и основные характеристики. Устройство компьютера. Из чего состоит компьютер

21.07.2019

Персональный компьютер (ПК) – это электронная вычислительна машина, с которой может работать пользователь, не являющийся профессиональным программистом. Характеризуется развитым («дружественным») человеко-машинным интерфейсом, малыми габаритами, массой, невысокой ценой и многофункциональностью применения.

Современные компьютеры строятся по принципу открытой архитектуры, который заключается в том, что при проектировании компьютера регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и способов соединений между ними). В результате появляется возможность сборки компьютеров из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями. Пользователь может модернизировать компьютер и расширять его возможности разнообразными устройствами в соответствии со своими личными предпочтениями.

Определения взяты из словаря компьютерных терминов А.Я. Фридланда.

Системная плата – печатная плата, выполненная из диэлектрического материала, которая управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами.

Процессор – интегральная микросхема, которая осуществляет обработку информации в ходе выполнения заданной программы, а также управляет всем вычислительным процессом и координирует действия других устройств вычислительной машины. В состав процессора входит устройство управления, арифметико-логическое устройство и кэш-память. (Характеристики процессора – степень интеграции, разрядность, тактовая частота, вид подключения, фирма производитель).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет основную работу по обработке информации, хранимой в оперативной памяти. В нем выполняются арифметические и логические операции. Кроме того, АЛУ вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие компьютеру автоматически выбирать путь вычислительного процесса в зависимости от получаемых результатов. В АЛУ имеется набор программно-доступных быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора, составляющие основу архитектуры процессора. Регистр – устройство, предназначенное для промежуточного хранения двоичной информации в процессе выполнения вычислительных операций, а также для их преобразования.

Устройство управления - часть центрального процессора, вырабатывающая распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд.

Система команд процессора

Команды передачи данных
Арифметические операции (основная – сложение: вычитание сводится к сложению, умножение и деление выполняются по специальным командам)
Логические операции: сравнение, И, ИЛИ, НЕ; анализ отдельных битов кода, их сброс и установка
Сдвиги двоичного кода влево и вправо
Команды ввода и вывода для обмена с внешними устройствами
Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы: условный переход, безусловный переход, обращение к подпрограмме (переход с возвратом), организация циклов.

Существует 2 направления построения системы команд: CISC (Complex Instruction Set Computer) – компьютер с полным набором команд; RISC (Reduced Instruction Set Computer) – компьютер с ограниченным набором команд.

Оперативная память (RAM, ОЗУ)– функциональный блок, хранящий информацию для устройства управления (УУ) – команды и для АЛУ – данные, выполняющейся в данный момент программы. Состоит память из ячеек, способных хранить информацию. Ячейка памяти – вместилище порции информации в памяти компьютера, доступной для обработки отдельной командой. Количество информации, записываемое или извлекаемое из памяти за одно обращение, называется машинным словом. Оперативная память является энергозависимой, т.е. может хранить информацию, только тогда когда компьютер включен. (Современные ОЗУ: DDR SDRAM, RDRAM)

Постоянная память (ROM, ПЗУ) – энергонезависимая память, используемая для хранения программ и данных, необходимых для внутреннего тестирования устройств после включения питания компьютера. Данные в ПЗУ заносятся при изготовлении компьютера и предназначены для постоянного использования процессором.

Чипсет – набор интегральных схем, устанавливаемых на системной плате для обеспечения работы центрального процессора с периферийными устройствами. В состав чипсета входят контроллеры основных подключаемых устройств мультимедийного компьютера (мышь, клавиатура, обработка звука, локальная сеть и др.).

Шина – совокупность электрических линий для обмена данными между частями компьютера. Виды шин: локальная (подключена к контактам процессора), системная (подключение контроллеров внешних устройств) и периферийная.

Объединение функциональных блоков в компьютере осуществляется посредством следующей системы шин:

шина данных, по которой осуществляется обмен информацией между блоками компьютера;

шина адреса, используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение);

шина управления используется для передачи управляющих сигналов.

Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или системным интерфейсом. Физически шина находится непосредственно на материнской плате и связывает между собой процессор, оперативную память, контроллеры устройств компьютера, а также разъемы (слоты) расширения на материнской плате для подключения различных контроллеров устройств ввода/вывода. В эти разъемы вставляются платы (карты) расширения, которые либо сами представляют собой устройство, либо обеспечивают связь с другими устройствами (т.е. являются контроллерами).

Виды шин:

Системная шина (ISA, PCI, AGP, PCI-e)предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а также оперативной памятью.

Локальной шиной (FSB, BSB, DIB), как правило, называется шина, непосредственно подключенная к контактам микропроцессора, то есть шина процессора.

Периферийные шины (USB – Universal Serial Bus, Firewire 1394) предназначены для подключения периферийных устройств.

Характеристики шин : частота, разрядность, скорость передачи данных

Подключение внешних устройств осуществляется через порты ввода–вывода (последовательный, параллельный, игровой, клавиатурный), а также через выходы периферийных шин USB или 1394.

Контроллер – устройство для управления периферийным оборудованием и предварительной обработки данных процессора.

Дисплей – внешнее устройство ввода-вывода информации служащее для воспроизведение на экране находящейся в памяти ЭВМ информации в виде текстов и изображений. Дисплей может быть основан на следующих физических принципах: на основе электронно-лучевой трубки (монитор); газоплазменная матрица (PDP); жидкокристальный индикатор (LCD); электролюминесцентная панель (FED); светодиодные матрицы (LED); светящиеся полимерные полупроводники.

Видеоадаптер – устройство (контроллер), управляющее дисплеем и обеспечивающее вывод графических изображений. Определяет разрешающую способность дисплея, количество цветов. В своем составе может иметь видеопамять, преобразователь сигнала, графический акселератор.

Клавиатура – внешнее устройство ручного ввода данных, представленное в виде набора клавиш, которые делятся на буквенно–цифровые, командные, функциональные и управление курсором. За командными и функциональными клавишами могут быть запрограммированы определенные операции.

Модем (мод улятор-дем одулятор) – устройство, выполняющее преобразование двоичных данных в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по некоторому аналоговому каналу связи, принимаемые аналоговые сигналы обратно в цифровую форму. Может быть внутренним и внешним.

Сетевая карта – устройство для высокоскоростного межкомпьютерного обмена цифровой информацией на небольших расстояниях. В современных компьютерах встроены в чипсет.

Сканер – устройство для ввода в компьютер графической информации. Бывает ручной и настольный.

Принтер – устройство для вывода текстовой или графической информации на бумагу. Бывают матричные, термические, струйные и лазерные.

Плоттер – устройство для вывода широкоформатной графической информации на бумагу (графопостроитель).

Диджитайзер – устройство для ввода графических данных в компьютер, контур изображения обводится специальным пером и в компьютер поступают координаты каждой точки этого изображения.

К системной шине через контроллеры подключены внешние устройства, которые обмениваются данными с оперативной памятью . Обмен данными между устройствами компьютера обусловлен ограничениями функций, выполняемых этими устройствами, и должен быть запрограммирован. Выполняемая программа хранится в оперативной памяти компьютера и через системную шину передает в процессор команды на выполнение определенных операций. Процессор на их основе формирует свои команды управления, которые по системной шине поступают на соответствующие устройства. Для выполнения операций обработки данных процессор передает в оперативную память адреса необходимых данных и получает их. Результаты обработки направляются в оперативную память. Данные из оперативной памяти могут быть переданы на хранение во внешние запоминающие устройства, отображены на дисплее , выведены на печать, переданы по вычислительной сети.

ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Внешние (периферийные) устройства персонального компьютера составляют важнейшую часть любого вычислительного комплекса. Стоимость внешних устройств в среднем составляет около 80-85% стоимости нашего комплекса. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой - пользователями, объектами управления и другими компьютерами.

Внешние устройства подключаются к компьютеру через специальные разъемы-порты ввода-вывода. Порты вв ода-вывода бывают следующих типов:

параллельные (обозначаемые LPT1 - LPT4) - обычно используются для подключения принтеров;
последовательные (обозначаемые СОМ1 - COM4) - обычно к ним подключаются мышь, модем и другие уст ройства.

К внешним устройствам относятся:

устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
диалоговые средства пользователя;
средства связи и телекоммуникации.

К устройствам ввода информации относятся:

клавиатура - устройство для ручного ввода в компьютер числовой, текстовой и управляющей информации;
графические планшеты (дигитайзеры) - для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в компьютер;
сканеры (читающие автоматы) - для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в компьютер машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;
устройства указания (графические манипуляторы) - для ввода графической информации на экран монитора путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер (джойстик, мышь, трекбол, световое перо);
сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в компьютер).

К устройствам вывода информации относятся:

графопостроители (плоттеры) - для вывода графической информации на бумажный носитель;
принтеры - печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель.

Основные виды принтеров:

матричные - изображение формируется из точек, печать которых осуществляются тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Знаки в строке печатаются последовательно. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие вдринтеры имеют 9 иголок. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 и 24 иглы;
струйные - в печатающей головке имеются тонкие трубочки - сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайщие капельки чернил. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел. В на-Встоящее время струйные принтеры обеспечивают разрешающую способность до 50 точек на миллиметр и скорость печати до 500 знаков в секунду при отличном качестве печати, приближающемся к качеству лазерной печати. Струйные принтеры выполняют и цветную печать, но разрешающая способность при этом уменьшается примерно вдвое;
лазерные - применяется электрографический способ формирования изображений. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на Поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения. После проявления электронного Воображения порошком красителя (тонера), налипающей на разряженные участки, выполняется печать - перенoc тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления. Лазерные принтеры обеспечивают наиболее высококачественную печать с высоким быстродействием. Широко используются цветные лазерные принтеры.

К диалоговым средствам пользователя относятся:

видеотерминалы (мониторы) - устройства для отображения вводимой и выводимой информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока компьютера (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы). Видеомониторы относятся к внешним устройствам компьютера. Основной характеристикой монитора является разрешающая способность, которая определяется максимальным количеством точек, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Современные мониторы имеют стандартные значения разрешающей способности от 640 X 480 до 1600 х 1200, но реально могут быть и другие значения. Могут использоваться как цветные, так и монохромные мониторы;
устройства речевого ввода-вывода информации. К ним относятся различные микрофонные акустические системы, а также различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

Средства связи и телекоммуникации используются для подключения компьютера к каналам связи, другим компьютерам и компьютерным сетям. К этой группе прежде всего относятся сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используются модемы (модулятор-демодулятор).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа - это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться компьютером, используя самые разные естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др. К средствам мультимедиа относятся:

устройства речевого ввода и вывода информации;
микрофоны и видеокамеры, акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами;
звуковые и видеоплаты, платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамер ы и вводящие его в компьютер;
сканеры;
вешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для запис и звуковой и видеоинформации.

Компьютер состоит из системного блока и периферийных устройств (монитор, мышь, клавиатура). В этой записи я хотел бы подробно разобрать компьютер до каждого болтика, рассмотреть устройство компьютера в целом, что в нем есть и для чего нужна каждая деталь.

Системный блок

Системный блок – это и есть сам компьютер. В системном блоке расположены: БП (блок питания), HDD (жесткий диск), материнская плата, ОЗУ, процессор, звуковая карта, видео карта, сетевая карта, дисковод и другие комплектующие, которые необходимы для расширения возможностей. Давайте теперь каждое устройство рассмотрим подробнее и узнаем, какую функцию оно выполняет.

Корпус системного блока

Корпусы бывают разные: компактные, прозрачные, с подсветкой, но, главная его задача – уместить все устройства компьютера. Конечно можно было бы обойтись и без него, повесить материнскую плату на стену, а всё остальное сложить рядом на стол, но это глупо, неудобно и опасно.

Во время включённого системного блока ни в коем случае нельзя трогать его составляющие. Внутри проходит высокое напряжение, которое может даже убить. По этом всегда используется корпус, это удобно и безопасно.

БП – Блок питания

Практически все провода что есть в компьютере идут из блока питания. Он обеспечивает каждое устройство в системном блоке электроэнергией, без которой ничего не будет работать. БП весит около килограмма, и имеет размер приблизительно как .

Блок питания выдает: 3.3v, 5v и 12v. Для каждого устройства отдельный вольтаж. Так же, чтоб блок питания не перегревался, он оснащён радиатором и вентилятором охлаждения. Отсюда и издаться звук рабочего компьютера.

Материнская плата

Основная задача материнской платы объединить ВСЕ устройства компьютера. Она в прямом смысле объединят всё: мышь, клавиатуру, монитор, USB накопители, HDD, процессор, видеокарту и все остальное. Более подробнее ознакомиться с отверстиями/разъемами и портами материнской платы можете ознакомиться на картинке выше.

ЦП — центральный процессор компьютера

Процессор обеспечивает и вычисляет все операции на компьютере. Если сравнивать с органами человека, процессор компьютера можно сравнить с мозгом. Чем мощнее микросхема (ЦП), тем больше вычислений он может делать, другими словами: компьютер будет работать быстрее. Но это лишь одно из главных устройств, отвечающих за быстродействия вашего компьютера.

ОЗУ – оперативная память

ОЗУ – это оперативное запоминающие устройство. Так же называют RAM, оперативная память и оперативка. Это маленькая плата необходима для хранения временных данных. Когда вы что-то копируете, эта информация временно храниться на ОЗУ, так же она хранит информацию системных файлов, программ и игр. Чем больше Вы поставили задач компьютеру, тем больше ему понадобиться оперативной памяти. К примеру, одновременно ПК будет что-то скачивать, проигрывать аудиофайл и будет запущена игра, тогда будет большая нагрузка на ОЗУ.

Чем больше оперативной памяти, тем лучше и быстрее работает компьютер (как и в случае с процессором).

Видеокарта (видеоадаптер)

Видеокарта, а также её называют видеоадаптер необходима для передачи изображения с компьютера на экран/монитор. Как говорилось выше, она вставляется в мат. плату в свой разъем.

Вообще, компьютер так устроен, что для каждого устройства свое отверстие и даже грубой силой не получиться что-то вставить не на место.

Чем сложнее изображение (HD видео, игра, графическая оболочка и редактор), тем больше памяти должна иметь графическая карта. Например, 4к. видео не будет нормально воспроизводиться на слабой видеокарте. Видео будет тормозить, а Вы можете подумать, что слабый интернет.

Современная видеокарта кат же содержит небольшой кулер (вентилятор охлаждения), как БП и охлаждение ЦП. Под кулером находится небольшой графический процессор, работающий по принципу центрального процессора.

HDD (жесткий диск) Hard Disk Drive

HDD – он же: жесткий диск, жесткий, винчестер, винт, накопитель. Как бы его в народе не называли, задача у него одна. Он хранит в себе всю информацию и файлы. В том числе ОС (операционную систему), программы, браузеры, фото, музыку и т.д. Другими словами это память компьютера (как флешка в телефоне).

Так же есть еще SSD . Суть и принцип тот же, но SSD работает в разы быстрее и на порядок стоит дороже. Если использовать SSD как системный диск для ОС, тогда ваш компьютер будет намного быстрее работать.

Дисковод

Если вам необходимо посмотреть/скопировать информацию с диска, тогда вам понадобиться дисковод. В теперешнем времени в новых компьютерах уже редко встретишь это устройство, на смену дисковода пришли USB накопители (флешки). Они занимают гораздо меньше места чем диски, их проще использовать, а также они многоразовые. Тем не менее дисководы еще используют, и я не мог об этом не написать.

Звуковая карта

Звуковая карта нужна компьютеру для воспроизведения аудиофайлов. Без нее звука в компьютере не будет. Если Вы на секунду вернетесь к разделу «материнская плата» Вы увидите, что она уже встроена в каждую материнку.

Как видите на фото выше, бывают дополнительные звуковые карты. Они необходимы для подключения более мощных акустических систем и обеспечивают лучшее озвучение в отличие от интегрированных (встроенных).

Если Вы используете обычные небольшие колонки, тогда разница будет даже не заметна. Если же у вас сабвуфер или домашний кинотеатр, тогда конечно же нужно поставить достойную звуковую карту.

Дополнительные устройства компьютера

Всё, о чём я выше рассказал необходимо для работы системного блока, а теперь давайте рассмотрим дополнительные устройства компьютера, которые расширяют его возможности и добавляют функционал.

Внешний жесткий диск

В отличие от HDD, внешний жесткий диск переносной. Если HDD и SSD нужно установить в корпус и закрепить его там, то внешний подключается всего одним USB проводом. Это очень удобно на все случаи жизни, которые не имеет смысла описывать. Внешний HDD это как флешка, только с большим количеством памяти.

Источник бесперебойного питания

Абсолютно каждый компьютер боится перепадов напряжения, я бы даже сказал больше чем какая-либо другая техника. Источник бесперебойного питания обеспечит стабильное напряжение и убережёт ваш БП от скачков.

Напряжение может прыгать по разным причинам, и не всегда это заметно. Например, если у вас слабая проводка, то во время включения другой техники в доме напряжение может прыгнуть. Или же у соседей что-то мощное… В общем, я настоятельно рекомендую всем использовать безперебойник.

ТВ тюнер

ТВ тюнер – это специальная микросхема, которая позволяет смотреть ТВ на компьютере. Тут скорее, как и в случае с дисководом – ещё работает, но уже не актуально. Чтоб смотреть ТВ на компьютере, не обязательно вставлять специальные платы, у нас теперь есть и в моем блоге есть целый раздел, посвященный этой теме.

Периферийные устройства компьютера

Как говорит википедия:

Периферийные устройства — это аппаратура, которая позволяет вводить информацию в компьютер или выводить её из него. Периферийные устройства являются не обязательными для работы системы и могут быть отключены от компьютера.

Но, я с ней не согласен. К примеру, без монитора нам и компьютер не нужен, а без клавиатуры не каждый сможет включить компьютер, без мышки смогут обойтись только самые опытные пользователи, а без динамиков ничего не посмотришь и не послушаешь. Это еще далеко не все устройства, поэтому давайте рассмотрим каждое из них отдельно.

Монитор персонального компьютера

Немного повторюсь – без монитора компьютер нам не нужен, иначе мы не увидим, что там происходит. Возможно в дальнейшем придумают какую-то голограмму или специальные очки, но пока что это лишь моя больная фантазия).

Монитор подключается в видеокарту специальным кабелем, которых бывает 2 типа VGA (устарелый разъем) и HDMI. HDMI обеспечивает лучшее изображение, а так же параллельно изображению передает звук. Так что, если в вашем мониторе есть встроенные колонки и он имеет высокое разрешение, вам обязательно нужно использовать HDMI кабель.

Клавиатура

Клавиатура нужна для ввода информации, вызова команд и выполнения действий. Клавиатуры бывают разные: обычные, бесшумные, мультимедийные и геймерские.

Обычные – самая простая клавиатура, на которой только стандартные кнопки.
Бесшумные – резиновые/силиконовые клавиатуры, при работе с которыми не слышно ни одного звука.
Мультимедийные. Кроме стандартных кнопок клавиатура имеет дополнительные клавиши для управления аудио/видео файлами, громкостью, тачпад (возможно), и остальное.
Геймерские – Дополнительные кнопки для разных игр, основные кнопки для игры имеют другой цвет и другие плюшки.

Мышь

Основная задача компьютерной мыши - это управление/передвижение курсора на экране. Так же выбирать и открывать файлы/папки и вызывать меню правой кнопкой.

Сейчас существует много самых разных мышек для компьютера. Бывают беспроводные, маленькие, большие, с дополнительными кнопками для удобства, но основная её функция осталось прежней спустя десятилетия.

Акустическая система

Как было сказано выше, акустическая система подключается к звуковой карте. Через звуковую передаться сигнал на колонки, и Вы слышите, о чем говорят в видео и поют в песне. Акустика бывает разной, но без какой либо, компьютер со всеми своими возможностями становиться обычным рабочим инструментом, перед которым скучно проводить время.

МФУ – Многофункциональные устройства

МФУ больше необходим для офиса и учебы. Обычно содержит: сканер, принтер, ксерокс. Хоть это все в одном устройстве, выполняют они абсолютно разные задачи:

Сканер – делает точную копию фотографии/документа в электронном варианте.
Принтер – распечатывает электронную версию документа, фотографии, картинки на бумагу.
Ксерокс – Делает точную копию с одной бумаги на другую.

Геймпад или джойстик

Геймпад он же джойстик в прошлом. Нужен лишь для комфорта в некоторых играх. Бывают беспроводные и наоборот. Обычно содержат не более 15 кнопок, и использовать в не игр не имеет никакого смысла.

Конструктивно, чаще всего выполнены в виде центрального (системного) блока, к которому через разъемы (стыки) подключаются внешние устройства: клавиатура, дисплей, принтер и так далее.

Упрощенная блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рисунке:

Системный блок

Системный блок обычно состоит из: системной платы, блока питания, накопителей на дисках, разъемов для дополнительных устройств; плат расширения с контроллерами - адаптерами внешних устройств.

В зависимости от конфигурации и размеров корпуса определяются такие характеристики персонального компьютера, как возможность дальнейшего расширения, транспортировка, доступ к компонентам и так далее Типы корпусов: Slimline, Desktop, Tower (Mini-Tower, Midi-Tower, Super-Big-Tower), File Server, EasyPc и прочее.

а - Desktop;
6 - Tower;
в - EasyPc.

Сейчас разновидности корпусов значительно шире. Купить крутой корпус можно в любом крупном интернет-магазине, даже с уникальными лазерными рисунками.

Развитие системных плат

Первоначальные персональные компьютеры (ПК) имели минимум устройств, интегрированных в системную плату (например, порт для клавиатуры). Все остальные, включая адаптер дисплея, НГМД или контроллеры жесткого диска, являлись дополнительными компонентами, подключаемыми через разъемы расширения.

Через какое-то время в системную плату было интегрировано большее количество устройств, однако многие из них - графика, сетевой интерфейс, устройства SCSI и звуковые - обычно остаются съемными. Этот процесс шел медленно, например, порты ввода-вывода и контроллеры диска еще в 1995 году часто размещались на платах расширения. Изготовители постоянно экспериментировали с различными уровнями интеграции, встраивая некоторые или даже все эти компоненты в системную плату. Однако есть очевидные препятствия - труднее модернизировать сборку, если интегрированные компоненты не могут быть удалены. Для высокоинтегрированных системных плат часто требуется нестандартный корпус, и для замены отдельного дефектного компонента может оказаться необходимой покупка новой системной платы.

Следовательно, те части системы, спецификация которых изменяется наиболее быстро, - оперативная память, центральный процессор и графика - имеют тенденцию размещаться в гнездах или слотах для облегчения замены. Точно так же обычно удаляются из основной спецификации, чтобы уменьшить затраты, компоненты, используемые не всеми пользователями, - типа сетевых интерфейсов или SCSI.

Основные изменения в форм-факторах системной платы за эти годы рассматриваются ниже. Рисунки иллюстрируют различие компонентов для двух типичных плат:

Baby AT, где используется разъем Socket 7 для подключения процессора, приблизительно 1995 года.
Проект АТХ с разъемом Slot 1 для присоединения процессора Pentium 2, типичный для системных плат на рынке в конце 1998 года.

Развитие системной платы заключается в значительной степени в отделении высокоскоростных компонентов от более медленных. Поскольку высокоскоростные устройства связывались более быстрыми шинами, шины малого быстродействия стали играть второстепенную роль. В конце 1990-х годов обозначилась тенденция к помещению периферийных устройств, разработанных как интегрированные чипы, непосредственно на системную плату. Первоначально этот круг ограничивался звуковыми и видеочипами, но со временем устройства, интегрированные таким образом, стали более разнообразными и включали элементы типа SCSI, локальной сети и даже контроллеры RAID. Очевидно, есть выигрыш по стоимости при этом подходе, однако отрицательная сторона этого - ограничение будущих возможностей обновления.

Вид задней панели для корпусов с различными типами системных плат

а - Baby AT;
б - ATX;
1 - разъем для подсоединения шнура электропитания монитора (на АТХ-корпусах может отсутствовать);
2 - разъем для подключения компьютера к сети переменного тока;
3 - разъем для подсоединения клавиатуры PS/2;
4 - разъем для подсоединения клавиатуры;
5 - разъем для подключения мыши PS/2;
6 - USB порты;
7 - последовательный порт (COM2);
8 - последовательный порт (СОМ1);
9 - параллельный порт (LPT);
10 - видеовыход (VGA/SVGA);
11 - разъем для подключения локальной сети (в соответствии с моделью компьютера);
12 - MIDI/GAME порт (в соответствии с моделью компьютера);
13 - гнезда для подключения внешних аудиосистем (в соответствии с моделью компьютера).

Базовая Система Ввода-Вывода (BIOS)

Все системные платы содержат небольшой блок постоянного запоминающего устройства (ROM), который отделен от основной системной памяти, используемой для загрузки и выполнения программного обеспечения. ROM содержит BIOS персонального компьютера (Базовая Система Ввода-Вывода). Это дает два преимущества: программы и данные в ROM BIOS не должны перезагружаться каждый раз при запуске компьютера, и они не могут быть разрушены ошибками в приложениях, которые пытаются записать информацию в «неправильную» часть памяти.

BIOS играет двоякую роль: с одной стороны, это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны - важный модуль любой операционной системы. Модуль BIOS реализован на микросхеме постоянной или Flash памяти.

Перепрограммируемая базовая система ввода-вывода может быть модифицирована через гибкую дискету, чтобы гарантировать будущую совместимость с новыми чипами, добавочными платами и так далее

В современных системах требуются более объемные ППЗУ. Настройка (конфигурирование) системной платы состоит из подстройки персонального компьютера под используемый графический режим, установки рабочей тактовой частоты, указания объема имеющейся в наличии кэш памяти, типа встроенного сопроцессора и так далее Существует семь возможных вариантов настройки, типичными из которых являются:

Standard CMOS Setup (основные установки CMOS).
Advanced CMOS Setup (дополнительные установки CMOS).
Advanced Chipset Setup (дополнительные установки системной платы).

Базовая система ввода-вывода включает несколько отдельных подпрограмм, обслуживая различные функции. Первая часть выполняется при включении машины. Компьютер инспектируется, чтобы определить, какие аппаратные средства присоединены, и затем проводятся некоторые простые тесты, чтобы зафиксировать, что все функционирует, - процесс, называемый POST - самопроверка после включения.

Если какие-то из периферийных устройств относятся к типу «Plug-and-play», то именно в этот момент базовая система ввода-вывода назначает им ресурсы. Есть также возможность вызвать программу Setup, что позволяет пользователю сообщать ПК, какие аппаратные средства присоединены, но благодаря автоматическим базовым системам самоконфигурирования ввода-вывода это не так часто теперь используется.

Когда все тесты пройдены, ROM пытается определять, с какого устройства будет загружаться операционная система машины. Обычно BIOS сначала проверяет присутствие операционной системы в накопителе на гибких магнитных дисках (А:), затем - на первичном жестком диске.

Оперативная память CMOS

Системные платы также включают отдельный блок оперативной памяти, основанный на схеме малой мощности CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), который сохраняется действующим с помощью батарей даже после отключения питания персонального компьютера и располагается в контроллере периферии. Он используется, чтобы сохранять основную информацию о конфигурации персонального компьютера: номера и тип жестких дисков и НГМД, объем памяти, какой вид и так далее Это можно вводить вручную, но современные BIOS автоконфигурирования делают многое из этой работы, и в CMOS сохраняются более важные параметры настройки типа выбора периода регенерации динамической оперативной памяти. Другие важные данные, сохраняемые в памяти CMOS, - время и дата, которые модифицируются часами реального времени (RTC - real time clock). Часы, оперативная память CMOS и батарея обычно интегрируются в единственный чип. При загрузке система считывает время с RTC, после этого процессор сохраняет время - вот почему системные часы иногда идут неверно. Перезагрузка персонального компьютера заставляет перечитать RTC, что корректирует системное время центрального процессора.

В CMOS RAM информация хранится до тех пор, пока он подключен к небольшому источнику питания. Однако CMOS RAM занимает много места на кристалле, дороже динамической памяти и поэтому используется в случаях крайней необходимости. Данный тип памяти считается энергонезависимым только потому, что постоянно подпитывается или от аккумулятора, или от батарейки.

EFI

Базовая Система Ввода-Вывода не очень изменилась за время, прошедшее от рождения персонального компьютера в 1981 году, оставаясь массивом ассемблерного кода «ручной работы», и большинство пользователей о ней знают только из сообщений, быстро пробегающих по экрану после включения персонального компьютера.

В начале 2000 года компания Intel объявила, что собирается заменить BIOS выпуском первой версии EFI (extensible firmware interface или расширяемого интерфейса встроенного программного обеспечения). Это новый стандарт для архитектуры, интерфейса и услуг марки встроенного программного обеспечения персонального компьютера (ПК), предназначенного для обеспечения хорошо специфицированного набора сервисов.

Сервисы EFI разделены на две группы: те, которые являются доступными только до загрузки операционной системы, или «загрузочные сервисы», и те, которые также доступны в дальнейшем, или «сервисы рабочего времени». Загрузочные сервисы обеспечивают функциональные возможности предлагаемых EFI для конфигурирования платформы, инициализации, диагностики, загрузки образа ядра операционной системы и другое

Сервисы EFI определены в Спецификации EFI как основные услуги и протоколы интерфейсов. Ряд протоколов интерфейсов был определен для доступа к разнообразию загрузочных устройств, которые удовлетворяют рекомендациям EFI. Другие обеспечивают сервисы для функций прикладного уровня, например распределение памяти или получение доступа к указанному интерфейсу.

Модули EFI в общем разделяются на приложения и драйверы. Драйверы соответствуют модели, определенной в EFI спецификации, и используются, чтобы реализовать специфический протокол интерфейса. Во многих случаях выполнение одного протокола может использовать или расширять функциональные возможности существующего протокола, таким образом обеспечивая механизм для объектно-ориентированной обработки.

В сущности, EFI - «мини-операционная система» с собственными правами, способная работать с сетями, графикой, клавиатурой и памятью.

Некоторые образцы системных плат

Размеры системной платы нормированы. Также стандартизованы и отверстия внутри платы, которые соединяют ее с дном корпуса. Поэтому говорят не о размерах, а о типоразмерах системных плат.

Существует несколько основных типоразмеров системных плат, которые представлены в таблице.

Таблица характерных размеров системных плат

Обозначение	Размер, мм	Примечания
FullSize	356 x 305	Устаревший
Baby-AT	330 x 225	Стандартный
HalfSize (2/3 Baby-AT)	244 x 218	Мини-плата для PC с центральным процессором 386 и 486; пригодна для корпуса Slimline
LPX	330 x 229
Mini LPX	264 x 201	Для корпусов с уменьшенной высотой и Slimline
ATX	305 x 244	Для корпусов АТХ
Mini ATX	284 x 208	Для корпусов АТХ с уменьшенной высотой
Micro ATX	244 x 244	Для компактных и дешевых систем потребителя с ограниченными потребностями в расширении системы
Rex ATX	229 x 191	Размер системной платы уменьшен до 9 x 7.5"
ITХ	215 x 191	Более компактная форма за счет специально спроектированного блока питания со встроенным вентилятором
BTX	325 x 266 (standard BTX) 264 x 266 (microBTX) 203 x 266 (picoBTX)	Спецификация спроектирована для замены широкого перечня карт (АТХ, microATX и FlexATX)

Системная плата FullSize

Полноразмерная плата (FullSize) по своим габаритам соответствует системной плате IBM PC AT. Расположение разъемов клавиатуры и слотов расширения такой платы строго определены, чтобы совпадать с отверстиями в корпусе. Плата помещается только в полноразмерный корпус типа Desktop и Tower.

Системная плата Baby AT

Стандарт системных плат типоразмера Baby AT (ВАТ) появился в 1982 году На этих платах расположение разъемов клавиатуры и слотов также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный DlN-разъем. Системные платы размера Baby AT могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов с уменьшенной высотой и Slimline. Именно поэтому они получили наибольшее распространение.

Системная плата LPX (mini-IPX)

Системные платы LPX и mini-LPX обычно устанавливаются в корпусах с уменьшенной высотой или Slimline. Слоты расширения этих плат смонтированы на отдельной выносной плате (Reisercard), которая устанавливается в слот системной платы перпендикулярно ей. Карты расширения устанавливаются в выносную плату таким образом, что их плоскость становится параллельной системной плате - это позволяет уменьшить высоту корпуса PC. Все разъемы установлены на задней панели системной платы LPX. Обычно это разъемы для подключения монитора, параллельный порт, два последовательных порта и разъемы типа mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2. Все разъемы смонтированы непосредственно на системной плате.

а - Baby AT;
б - LPX;
в - АТХ;
г - NLX;
д - Micro ATX;
е - чипсет;
1 - передняя панель;
2 - задняя панель;
3 - центральный процессор;
4 - разъемы памяти;
5 - разъемы периферийных устройств (ATA/ISA);
6 - питание;
7 - разъемы шин и интерфейсов (ISA/PCI), ризер-карты (для Flex АТХ);
8 - подключение устройств ввода-вывода (мышь, клавиатура, аудио, видео, сеть и прочее);
9 - разъем AGP;
10 - вертикальная монтажная стойка (ризер-плата);
11 - микросхемы графики.

Системная плата АТХ

В 1995 года корпорация Intel анонсировала новую спецификацию АТХ для форм-фактора системной платы и корпуса PC. Плата спецификации АТХ сочетает в себе наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX, кроме того, в ней заложены многие дополнительные усовершенствования.

В дальнейшем Intel полностью перешла на производство системных плат спецификации АТХ. Ряд других поставщиков системных плат, например ASUSTek, также наладили выпуск системных плат АТХ.

Системная плата Mini-ATX

Mini-ATX - просто меньшая версия полноразмерной АТХплаты. На обеих параллельный и последовательный порты, PS/2 клавиатура и порты мыши расположены на задней панели ввода-вывода двойной высоты. Размещение непосредственно на плате отменяет потребность в кабеле к портам ввода-вывода. Последствие этого, однако, - то, что АТХ нуждается в специально спроектированном корпусе, с правильно расположенными отверстиями для портов, и ни платы АТХ, ни Mini-ATX не могут использоваться в корпусах AT.

Системная плата NLX

В начале 1997 года корпорацией Intel был предложен стандарт NLX, регламентирующий:

новые физические и функциональные параметры блока питания;
требования к режимам охлаждения и условиям соединения отдельных компонентов персональных компьютеров между собой;
систему крепления системной платы;
разбиение платы на зоны, в пределах которых располагаются электронные компоненты, имеющие определенную высоту и служащие для реализации тех или иных функций.

Стандарт NLX явился дальнейшим развитием стандарта АТХ. Согласно стандарту NLX в персональных компьютерах устанавливается так называемая ризер-карта (riser card), напоминающая плату адаптера, вставляемую в системную плату в корпусе типа Slimline. Как и плата адаптера Slimline, ризер-карта имеет стандартные слоты PCI и ISA, в которые устанавливаются все необходимые карты расширения.

Основное отличие ризер-карты NLX от адаптера Slimline состоит в том, что системная плата также устанавливается в специальный слот, называемый NLX Riser Connector. Этот разъем содержит не только информационную шину, но и шину питания. Таким образом, после установки системная плата автоматически оказывается подключенной к шине питания.

Кроме того, на ризер-карте располагаются различные разъемы, которые ранее располагались на системной плате, - IDE, FDD, USB , блок питания и другое.

Ризер-карта является фактически кросс-платой, через которую происходит коммутация всех модулей системного блока между собой, а также подача питания на них. На системной плате NLX располагаются гнезда ЦП, слоты для модулей памяти, чипсет, микросхемы BIOS и кэш памяти.

Все внешние разъемы (LPT, СОМ, Audio и другое) в соответствии с новым стандартом смещены к краю системной платы. Данное технологическое решение обеспечивает необходимую гибкость при установке одной и той же системной платы в разные корпуса как типа Desktop, так и Mini-Tower.

Стандарт NLX практически превращает персональный компьютер в устройство, состоящее из двух элементов: системной платы и корпуса со стандартными разъемами для связи с внешними устройствами.

Системная плата MicroATX

Представленный в конце 1990-х годов стандарт micro-АТХ - в основном меньшая версия АТХ спецификации Intel, предназначенная для компактных и дешевых систем потребителя с ограниченными потребностями в расширении системы.

Максимальный размер платы - квадрат со стороной 9.6 дюймов, и она разработана, чтобы вписаться или в корпус стандарта АТХ, или в один из новых проектов настольного корпуса Microtower. Панель ввода-вывода аналогична проекту АТХ, но есть только условия для размещения не более четырех слотов расширения (АТХ позволяет семь). MicroATX также позволяет использование малогабаритного источника электропитания.

Системная плата FlexATX

FlexATX - естественное развитие MicroATX, который был первоначально выпущен в конце 1999 года Стандарт FlexATX дополнительно к спецификации MicroATX выражает только требования к системной плате, а не полное системное решение, не детализирует интерфейсы, память или графические технологии. Эти требования переадресованы к дизайнерам и системным проектировщикам. Выбор процессора, однако, ограничен разъемами формата «гнездо» (Socket).

Основное различие между FlexATX и microATX - в том, что новый форм-фактор уменьшает размер системной платы до 9 х 7.5 дюймов. Это приводит к снижению полных системных затрат, а также облегчает проектирование малогабаритных систем. FlexATX форм-фактор обладает обратной совместимостью со спецификациями АТХ и microATX - использование тех же самых установочных отверстий системной платы.

Системная плата IТХ

Весной 2000 года VIA Technologies объявила о выпуске системной платы еще меньшего размера, чем FlexATX. Размеры платы IТХ 8.5 х 7.5 дюймов, что на полтора дюйма меньше по ширине, чем у конкурента - Intel. Ключевое новшество, которое позволяет IТХ достигать такой компактной формы, - специально спроектированный блок питания со встроенным вентилятором. Его размеры (глубина х ширина х высота) 174 х 73 х 55 миллиметров (ср. со стандартом АТХ, где размеры блока питания 140 х 150 х 86 миллиметров).

Системная плата ВТХ

Intel предложила в конце 2004 года проект платы Balanced Technology Extended (сбалансированная расширенная технология), предназначенной для замены традиционных плат. Форм-фактор ВТХ является масштабируемым и допускает широкий спектр систем различных размеров и назначений, позволяя заменить единой спецификацией платы АТХ, microATX и FlexATX. Внутренние компоненты могут быть размещены на плате таким образом, что центральный процессор и другие тепловыделяющие схемы могут охлаждаться единственным воздушным потоком. Этот поток создается универсальным охладителем, который именуется «Thermal Module».

Ризер-архитектуры

Конструкция платы NLX является примером ризер-архитектур, потребность в которых возникла в конце 1990-х годов и которые способствуют уменьшению полных системных затрат и в то же самое время увеличивают гибкость процесса производства системы. Первым примером была спецификация AMR (Audio/Modem Riser или аудиомодемная ризер-карта), представленная летом 1998 года AMR поддерживала как звуковые, так и модемные функции, однако имела некоторые недостатки, которые были идентифицированы после выпуска спецификации. Это были трудности поддержки устройств Plug-and-Play (PnP, Р&Р), а также тот факт, что ризер-карта занимала один слот PCI.

Формат ризер-карты AMR (а), карты ACR (б)

Затем были определены новые спецификации ризер-архитектуры, которые комбинируют большее количество функций на единственной плате: это аудиоадаптер, модем, широкополосные технологии и интерфейсы локальной сети. Две самые современные спецификации ризер-архитектуры включают конкурирующие CNR и ACR.

Предложенная Intel спецификация CNR (Communication and Networking Riser) определяет аппаратную масштабируемую ризер-карту системной платы и интерфейс, которая поддерживает аудио, модем и локальную сеть в основных наборах микросхем.

Интеграция на системной плате аудио, модема и подсистем локальной сети также проблематична, поскольку увеличиваются шумовые наводки, от которых, в свою очередь, деградирует работа каждой системы. CNR решает эти проблемы, физически отделяя эти чувствительные к наводкам системы от «шумной» среды системной платы.

Спецификация CNR предполагает наличие пяти интерфейсов:

интерфейс АС97. Поддерживает звуковые и модемные функции на CNR-плате;
локальная сеть (LAN Connect Interface - LCI). Обеспечивает 10/100 локальную сеть или домашнюю телефонную сеть на основе набора микросхем Intel;
независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface). Обеспечивает 10/100 локальную сеть или домашнюю телефонную сеть на основе сетевых возможностей CNR платформ, использующих интерфейс МП;
универсальная последовательная шина (USB);
шина сопровождения системы (System Management Bus - SMBus). Обеспечивает функциональными возможностями Plug-and-Play (РnР) плату CNR.

Каждая плата CNR может использовать максимально четыре интерфейса (путем выбора типа локальной сети).

Конкурирующая спецификация ACR поддерживается содружеством ведущих компаний в области вычислительных средств и связи, включая 3COM, AMD, VIA Technologies и Lucent Technologies. Подобно CNR, спецификация определяет форм-фактор интерфейсы для множества подсистем связи и звуковых проектов в настольных персональных компьютерах.

Интерфейс ACR комбинирует несколько существующих шин связи и добавляет новые и прогрессивные шины связи, отвечая на спрос промышленности на дешевые, высокоэффективные периферийные устройства связи. ACR поддерживает модем, аудио, локальную сеть и xDSL. Зарезервированы контакты для поддержки будущих беспроводных шин. Подобно AMR, спецификация ACR была предназначена, чтобы занять или заменить существующий РСI-слот. Это фактически уменьшает число доступных PCI-слотов на один независимо от того, используется ACR-соединитель или нет. Хотя это может быть приемлемо в системных платах больших размеров (АТХ), потеря PCI-соединителя в системной плате microATX или FlexATX, где обычно предусматривают только два слота расширения, может оказаться недопустимой для пользователя. CNR-специ-фикация преодолевает эту проблему, осуществляя стратегию совмещенного разъема подобно совмещенным слотам ISA/PCI. В этом случае соединители CNR и РСI эффективно используют одно и то же пространство устройств ввода-вывода.

По своему назначению компьютер - это универсальный прибор для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией.

Персональный компьютер (ПК) - это компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. По своим характеристикам он может отличаться от больших ЭВМ, но функционально способен выполнять аналогичные операции. По способу эксплуатации различают настольные (desktop), портативные (laptop и notebook) и карманные (palmtop) модели ПК.

Аппаратное обеспечение. Поскольку компьютер предоставляет все три класса информационных методов для работы с данными (аппаратные, программные и естественные), принято говорить о компьютерной системе как о состоящей из аппаратных и программных средств, работающих совместно. Узлы, составляющие аппаратные средства компьютера, называют аппаратным обеспечением. Они выполняют всю физическую работу с данными: регистрацию, хранение, транспортировку и преобразование как по форме, так и по содержанию, а также представляют их в виде, удобном для взаимодействия с естественными информационными методами человека.

Совокупность аппаратных средств компьютера называют его аппаратной конфигурацией.

Видео YouTube

Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых - сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.

Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.

Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.

Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:

устройства ввода информации

устройства обработки информации

устройства хранения

устройства вывода информации.

Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств

Базовая аппаратная конфигурация ПК . Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.

Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:

Системный блок

Монитор

Клавиатура

Мышь

Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер...

Системный блок - основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.
Монитор - устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура - клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Мышь - устройство «графического» управления.

Внутренние устройства персонального компьютера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей, например гибких магнитных дисков. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку - они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен - для обычной работы он не требуется.

Процессор. Микропроцессор - основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора - тактовая частота (измеряется в мегагерцах, МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Так, например, при тактовой частоте 500 МГц процессор может за одну секунду изменить свое
состояние 500 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций.

Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения», - оперативная память - с нею он работает совместно. Оттуда поступают данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора (они называются регистрами), а потом преобразуются в соответствии с содержанием команд. Более полную картину того, как процессор взаимодействует с оперативной памятью, вы получите в главах, посвященных основам программирования.

Оперативная память. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Объем оперативной памяти измеряется в миллионах байтов - мегабайтах (Мбайт).

Процессор может обратиться к любой ячейке оперативной памяти (байту), поскольку она имеет неповторимый числовой адрес. Обратиться к индивидуальному биту оперативной памяти процессор не может, так как у бита нет адреса. В то же время, процессор может изменить состояние любого бита, но для этого требуется несколько действий.

Материнская плата. Материнская плата - это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, - так называемые шины. Различают шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем - так называемый чипсет.

Видеоадаптер. Видеоадаптер - внутреннее устройство, устанавливаемое в один из разъемов материнской платы. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором.

По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.

В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета - в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.

Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).

Жесткий диск. Поскольку оперативная память компьютера очищается при отключении питания, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. В настоящее время для этих целей широко применяют так называемые жесткие диски.
Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.

Основным параметром жесткого диска является емкость, измеряемая в гигабайтах (миллиардах байтов), Гбайт. Средний размер современного жесткого диска составляет 80 - 160 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.

Дисковод гибких дисков . Для транспортировки данных между удаленными компьютерами используют так называемые гибкие диски. Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость 1,44 Мбайт. По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных, но низкая стоимость носителей и высокая степень готовности к работе сделали гибкие диски самыми распространенными носителями данных.

Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство - дисковод. Приемное отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.

Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее записанные данные - производить запись на них нельзя. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.

Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM- скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х - 52х.
Основной недостаток дисководов CD-ROM - невозможность записи дисков - преодолен в современных устройствах однократной записи - CD-R. Существуют также устройства CD-RW, позволяющие осуществлять многократную запись.

Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический.

Коммуникационные порты . Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт - это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт - более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.

Сетевой адаптер. Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и можно подавать новые. Так осуществляется передача.

Когда сетевой адаптер «узнает» от соседнего адаптера, что у того есть порция данных, он копирует их к себе, а потом проверяет, ему ли они адресованы. Если да, он передает их процессору. Если нет, он выставляет их на выходной порт, откуда их заберет сетевой адаптер очередного соседнего компьютера. Так данные перемещаются между компьютерами до тех пор, пока не попадут к адресату.

Сетевые адаптеры могут быть встроены в материнскую плату, но чаще устанавливаются отдельно, в виде дополнительных плат, называемых сетевыми картами.