Аппаратное обеспечение персональных компьютеров

Современный компьютер
это система, построенная на базе электронных микросхем, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации
Аппаратное обеспечение
все те компоненты, из которых состоит компьютер, а также оборудование для организации локальных и глобальных сетей.

Архитектура фон Неймана
Джон фон Не́йман
(1903 – 1957)
Арифметико-логическое
устройство
Устройство управления
Внешние устройства
Память
Информационные связи
Управляющие связи
Процессор

Аппаратное обеспечение ПК (Hardware)

Структура современного ПК
1) материнская плата (Motherboard), называемая ещё главной (Mainboard) или системной платой;
2) CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор; FPU (Floating Point Processing Unit) — сопроцессор;
3) винчестер или накопитель на жёстком магнитном диске, обозначенный в документации как HDD (Hard Disk Drive);
4) дисковод — для гибких магнитных дисков, FDD (Floppy Disk Drive);
5) RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
6) ROM (Read Only Memory) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

Структура современного ПК
7) графический контроллер — устройство, выполняющее графические операции и обработку видеоданных; акселератор —процессор, ускоряющий обработку видео изображений ;
8) элементы электрических соединений узлов и блоков переходные контакты, плоские кабели и монтажные провода;
9) корпус (case) — защищает компоненты PC от внешнего воздействия и содержит блок питания;
10) UPS — источник бесперебойного питания;
11) устройства ввода — клавиатура, мышь, трэкболл, джойстик, дигитайзер, сканер;
12) устройства вывода — монитор, принтер, плоттер;
13) мультимедиа компоненты — звуковая карта, CD-ROM, DVD-ROM, карты видео ввода-вывода;
14) устройства коммуникаций — модем, сетевая карта.

Системный блок

Корпус Case

Типы корпусов

Материнская плата
(Motherboard, MainBoard, MB)
Функция: обеспечивает связь между всеми устройствами ПК, посредством передачи сигнала от одного устройства к другому.
На поверхности материнской платы имеется большое количество разъемов предназначенных для установки других устройств: sockets – гнезда для процессоров; slots – разъемы под оперативную память и платы расширения; контроллеры портов ввода/ вывода.

Схема материнской платы

Схематическое изображение южного и северного мостов

Процессор
Процессор
специальная микросхема, которая выполняет операции по обработке информации на компьютере Процессор представляет собой небольшую кремниевую пластину, на которой размещены сотни миллионов транзисторов-переключателей и каналов передачи данных

Принципиальная схема процессора

Процессоры фирмы Intel различного назначения

Параметры процессоров
Тактовая частота = количество элементарных операций (тактов) за 1 секунду [Hz, MHz, GHz]
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт).

Эволюционный ряд процессоров фирмы Intel

График изменения тактовой частоты в процессорах Intel

График изменения количества транзисторов в процессорах Intel

Память компьютера

Оперативная память (ОЗУ / RAM)
Быстрая энергозависимая память
SRAM - статическая память является более дорогой, но имеет высокое быстродействие. Реализуется на триггерных микросхемах.
DRAM - динамическая память в 4-5 раз дешевле статической. Ее представляют миниатюрные конденсаторы.
Существуют различные типы микросхем памяти: SDRAM (Synchronous Dynamic RAM); DDR SDRAM (синхронная память с двойной скоростью передачи данных); RDRAM (Rambus DRAM), предназначенная для функционирования на более высоких частотах, чем SDRAM, наиболее дорогая память

Классификация плат оперативной памяти по конструкции корпусов
RAM — Random Access Memorу
RIMM-корпус (R - от названия разработавшей их фирмы Ram-bus)
DIMM-корпус
(Dual In line
Memory Module)
SIMM-корпус
(Single In line
Memory Module)

Винчестер (НЖМД / HDD)
НЖМД – накопитель на жестких магнитных дисках
HDD – Hard Disc Drive
Современные накопители могут использовать интерфейсы:
ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB и Fibre Channel.
емкость 80, 120 Gb, …, 1,5 Tb
Физический размер:
1.8, 2.5, 3.5 дюйма
Скорость вращения: 4200, 5400, 7200, 10000, 15000 об./мин.
Производители: Seagate, Western Digital, Samsung, Hitachi. Fujitsu, Toshiba, Maxtor

Дисковод СD-ROM
650 Mb
Скорость воспроизведения
Audio CD - 150 Kb/c
CDx2 - 300 Kb/c
CDx52 - 7800 Kb/c
CD-R (Record) –диск для однократной записи
CD-RW – диск для перезаписи (до 1000 раз) могут считываться только на новых (как правило, не хуже 16-скоростных) устройствах CD-ROM.

Дисковод DVD-ROM
DVD (Digital Versatile Disk) цифровой
многофункциональный диск (видео фильмы, игры, энциклопедии…)
Стандарты
DVD-5 – 1 сторона, 1 слой;. 4,7 Gb
DVD-9 – 1 сторона, 2 слоя; 8,5 Gb
DVD-10 – 2 стороны, 1 слой; 9,4 Gb
DVD-18 - 2 стороны, 2 слоя; 17,0 Gb
4,7 Gb = 133 мин. видео в формате MPEG-4 со
звуком Dolby Digital на
8 языках и субтитрами на 32 языках.

Дисковод DVD-ROM

Flash-память
Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (только для записи).
Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) данных. Полупроводниковая - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем.

Flash-память
Преимущества flash-памяти:
1. Способна выдерживать механические нагрузки в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жёстких дисков.
2. Потребляет примерно в 10-20 раз меньше энергии во время работы, чем жёсткие дискам и носители CD-ROM.
3. Компактнее большинства других механических носителей.
4. Информация, записанная на флэш-память, может храниться от 20 до 100 лет.

Графический контроллер (видеокарта/ видеоплата/ графический адаптер)
Разъёмы для подключения:
ISA, VLB, PCI, AGP, PCI-Express
Основные производители
ATI Technologies, NVIDIA Corporation, Matrox, 3D Labs, 3dfx (приобретена NVidia), S3 Graphics, XGI Technology Inc.

Звуковой адаптер
(звуковая карта/ плата/ sound card)
Основные производители:
Creative Labs, Diamond Multimedia System Inc., ESS Technology, KYE Systems (Genius), Turtle Beach Systems, Yamaha Media Technology.
Слоты ISA (8MHz/ 16bit/ устаревшие)
Слоты РСI (33MHz/ 32bit/ современные)
Разрядность записи звука
8 bit – 256 уровней
16bit – 65536 уровней
20-22bit - профессиональные
Частота дискретизации
Частота оцифровки сигнала
8,0 11,025 22,05 44,1 48 кГц - выше 24 кГц человеческий слух не воспринимает.

Мониторы ЭЛТ (CRT)
Свечение люминофора экрана под воздействием электронного луча, формируемого электронной пушкой.
Люминофор - вещество, которое испускает свет при бомбардировке заряженными частицами.
Люминофорный слой состоит из маленьких элементов, которые воспроизводят основные цвета RGB (триады).
Свечение образуется под воздействием ускоренных электронов от трех электронных пушек (каждая для своего элемента триады).

Мониторы ЖК (LCD)
Управление светом лампы подсветки, проходящим через слой жидких кристаллов за счёт изменения ими плоскости поляризации.

Преимущества LCD-мониторов
Бликов на экране в 3 и более раз меньше (меньше коэффициент отражения).
Не создает вредного для здоровья постоянного электростатического потенциала.
Напряжение каждого пикселя запоминается транзистором до следующего обновления, мерцание практически отсутствует и частоты регенерации 60 Гц достаточно.
Малый вес и габариты.
Потребляет в 3-4 раза меньше электроэнергии.

Плазменные панели (PDP - Plasma Display Panel )
Как и в CRT-мониторе, в плазменном светится люминофор, но не под воздействием потока электронов, а под воздействием плазменного разряда.
Каждая ячейка плазменного дисплея - флуоресцентная мини-лампа, которая способна излучать только один цвет из схемы RGB.
К подложкам каждого пикселя плазменного дисплея, между которыми находится инертный газ (ксенон или неон), прикладывается высокое напряжение, в результате чего испускается поток ультрафиолета, который вызывает свечение люминофора.
97 % ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом.

Сравнение типов мониторов

Сравнение типов мониторов (продолжение)