Компоненты, составляющие компьютер

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Институт гражданской защиты и пожарной безопасности Удмуртской Республики»

РЕФЕРАТ

по электротехнике

НА ТЕМУ

«Принцип действия бытовой электроники»

Работу выполнил

Студент группы ЗЧС

Проверил:

__________________

Ижевск - 2010 г.

Системный блок - самый главный блок компьютера. К нему подключаются все остальные блоки, называемые внешними или периферийными устройствами. В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера. ПК построен на основе СБИС (сверхбольших интегральных схем), и почти все они находятся внутри системного блока, на специальных платах (плата - пластмассовая пластина, на которой закреплены и соединены между собой электронные компоненты - СБИСы, микросхемы и др.). Самой важной платой компьютера является системная плата. На ней находятся центральный процессор, сопроцессор, оперативное запоминающее устройство - ОЗУ и разъемы для подключения плат-контроллеров внешних устройств.

Компьютерный блок питания -- вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока. В его задачу входит преобразование сетевого напряжения до заданных значений, их стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения. Также, будучи снабжён вентилятором, он участвует в охлаждении системного блока.

Основным параметром компьютерного блока питания является максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку. В настоящее время существуют блоки питания с заявленной производителем мощностью от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1600 Вт.

Компьютерный блок питания для сегодняшней платформы PC обеспечивает выходные напряжения ±5 ±12 +3,3 Вольт. В большинстве случаев используется импульсный блок питания. Большинство микросхем компьютера имеют напряжение питания 5 Вольт (и ниже), 12 Вольт используется для питания более мощных потребителей -- (процессора, видеокарты, жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов) с целью достижения меньшего падения напряжения на подводящих проводах, а также звуковых карт. -12 Вольт необходимы для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232.

Всё вышесказанное относится к наиболее распространённым ныне блокам питания стандарта ATX, который начал использоваться во времена процессоров Intel Pentium. Ранее (начиная с компьютеров IBM PC/AT до платформ на базе процессоров до Socket 370/SECC-2 включительно) на PC-платформе использовались блоки питания стандарта AT. Существовали материнские платы с процессорными разъёмами Socket 7 и Socket 370, которые поддерживали блоки питания и AT, и ATX (так называемые двухстандартные платы).

	Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой A -- входной выпрямитель. Ниже виден входной фильтр B -- входные сглаживающие конденсаторы. Правее виден радиатор высоковольтных транзисторов C -- импульсный трансформатор. Правее виден радиатор низковольтных ключей D -- катушка выходного фильтра E -- конденсаторы выходного фильтра

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

Входного фильтра, призванного предотвращать распространение импульсных помех в питающей сети

Входного выпрямителя, преобразующего переменное напряжение в пульсирующее

Фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения

Прерывателя (обычно мощного транзистора, работающего в ключевом режиме)

Цепей управления прерывателем (генератора импульсов, широтно-импульсного модулятора)

Импульсного трансформатора, который служит накопителем энергии импульсного преобразователя, формирования нескольких номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга)

Выходного выпрямителя

Выходных фильтров, сглаживающих высокочастотные пульсации и импульсные помехи.

Достоинства такого блока питания:

Можно достичь высокого коэффициента стабилизации

Высокий КПД. Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.

Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.

Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на большую сложность

Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.

Виды разъёмов потребителей питания:

Основной разъём для питания материнской платы - старый, из двух частей, для формата АТ, новый 20 (24)-контактный для формата ATX,

ATX12V (именуемый также P4 power connector) - вспомогательный разъём для питания процессора,

EPS12V - 8-ми контактный вспомогательный разъём для питания материнской платы и процессора,

4х-контактные разъемы Molex для питания различных устройств с устаревшим интерфейсом установленных внутри системного блока: жёстких дисков, оптических приводов, некоторых видеокарт),

15-ти контактные разъёмы питания SATA-устройств,

6-ти контактные разъёмы для питания PCI Express x16 видеокарт,

8-ми контактные разъёмы для питания PCI Express x16 видеокарт.

Стандарт ATX

20-ти контактный разъём использовался с первыми материнскими платами форм-фактора ATX и, примерно, до появления материнских плат с шиной PCI-Express.

Стандарт версии 2.0 (24-контактный) создан для поддержки материнских плат с шиной PCI Express[источник не указан 34 дня]. Большинство материнских плат, работающих на ATX12V 2.0, поддерживают также блоки питания ATX v1.x (4 контакта остаются незадействованными).

Также повышены требования к +5VSB -- теперь БП должен отдавать ток не менее 2 А, перекосом выходной мощности: раньше основным был канал +5 В, теперь были продиктованы требования по минимальному току +12 В. Требования были обусловлены дальнейшим ростом мощности комплектующих (в основном, видеокарты), чьи требования не могли быть удовлетворены линиями +5 В из-за очень больших токов в этой линии[

Материнская плата - основной частью любой компьютерной системы является материнская плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Функционально материнскую плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются шиной. В системной плате нет видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства (платы расширения) добавляются к системной плате путем присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы.

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM, и показана в августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения - 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.

Материнская плата -- это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения.

Материнская плата внутри компьютера - главная монтажная деталь, к которой крепятся остальные компоненты.

При нормальной работе материнской платы о ней не вспоминают, пока не понадобится усовершенствовать компьютер. Обычно хотят поставить более быстрый процессор, что и ведет к замене материнской платы. Нельзя, например, заменить старый Pentium MMX на Pentium III без новой материнской платы.

По внешнему виду материнской платы можно определить, какие нужны процессор, память и дополнительные устройства, вставляемые во внешние порты и гнезда компьютера.

По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше. Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothеrboard). Сейчас выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе, так называемый “sleep”, при котором отключается питание от компонентов компьютера, которые в данный момент не работают).

Американское агентство защиты окружающей среды (EPA) сосредоточила свое внимание на уменьшении потребления энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее (EPA) требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и допускать 100% утилизацию. Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на плату подается 5В, на системных платах монтируют преобразователи напряжение.

Частота процессора, системной шины и шин периферийных устройств.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Cеверный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины - 100 МГц).

К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше - 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.

По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.

Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access - прямое подключение к памяти).

Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как COM1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LTP, а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств. Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2.

Магистраль

С появлением на рынке системы Windows, заметно упростилась работа с компьютером. Но для установки нового оборудования все же приходится открывать системный блок. Многим пользователям это явно не по душе, поэтому они делают это неохотно. Требовался более простой способ подключения устройств к компьютеру, без специальной настройки, позволяющей устройствам устанавливаться автоматически. Цель упрощения была также и в другом - устройства должны добавляться и удаляться без перезагрузки компьютера.

Первым шагом на пути к этому стала универсальная последовательная шина или USB.

Шина - это группа электрических каналов, передающая до 32 двоичных цифр (битов) за один раз. Процессоры, вроде Intel Pentium и его конкурентов, способны обрабатывать все 32 двоичные цифры одновременно, поэтому они и называются 32-битные процессоры.

Шины работают с разными скоростями, измеряемыми в мегагерцах (MHz). Число бит в шине вместе со скоростью передачи данных определяет тип процессора, который может быть к ней подключен. В старых процессорах использовались восьмибитные шины, работающие с низкой частотой. Нынешний стандарт - 32-битные с частотой 133MHz, а старые Pentium II и III работают с частотой 100MHz.

Процессоры работают быстрее, чем шины, к которым они прикреплены, и имеют внутреннюю скорость в несколько раз превосходящую скорость шины. Pentium с частотой 200MHz работает в три раза быстрее, чем 66MHz шина, а Pentium II 333MHz работает в пять раз быстрее своей шины. В настоящий момент скорость шины не превышает 133MHz, так как процессоры все ускоряются, соотношение их скоростей растет. Самый быстрый чип Pentium III, например, имеет отношение скоростей процессора и шины, равное 7,5:1.

Состав магистрали

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины:

? шину данных,

? шину адреса,

? шину управления.

Они представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода и вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинной языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных

Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от одного устройства к другому в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386, 80486, Pentium и Pentium Pro - 32 разряда.

Шина адреса

Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

N = 2I,

где I - разрядность шины адреса.

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N = 2 36 = 68 719 476 736

Шина управления

По шине управления передаются управляющие сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали и предназначенные памяти и устройствам ввода/вывода. Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее. Магистральная организация предполагает наличие управляющего модуля. Основное назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя другими модулями.

Виды шин

Шины могут быть синхронными (осуществляющими передачу данных только по тактовым импульсам) и асинхронными (осуществляющими передачу данных в произвольные моменты времени), а также использовать различные схемы арбитража (то есть способа совместного использования шины несколькими устройствами). Если обмен информацией ведется между периферийным устройством и контроллером, то соединяющая их линия передачи данных называется интерфейсом передачи данных, или просто интерфейсом. Среди применяемых в персональных компьютерах интерфейсов выделяются стандарты EIDE и SCSI.

Шина с тремя состояниями

Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-ее состояние. 3-ее состояние позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное состояние. К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными.

Как происходят операции на магистрали?

Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля - отправителя и активизирует линию строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является отправителем. Затем управляющий модуль устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и активизирует линию строба получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово которого установлено на шине, понять, что он является получателем.

После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в результате чего содержимое регистра отправителя пересылается в регистр получателя. Этот шаг может быть повторен любое число раз, если требуется передать много слов. Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс, возбуждаемый управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом предполагается, что к моменту появления импульса строба в модуле - отправителе данные подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов принять данные. Такая передача данных носит название синхронной (синхронизированной).

Процессы на магистралях могут носить асинхронный характер. Передачу данных от отправителя получателю можно координировать с помощью линий состояния, сигналы на которых отражают условия работы обоих модулей. Как только модуль назначается отправителем, он принимает контроль над линией готовности отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности принимать данные. Модуль, назначенный получателем, контролирует линию готовности получателя, сигнализируя с ее помощью о готовности принимать данные.

При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель сигнализируют о своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно передаваться один раз. Для обеспечения этих условий предусматривается определенная последовательность действий при передачи данных. Эта последовательность носит название протокола.

В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово, информирует об этом получателя. Получатель, приняв очередное слово, информирует об этом отправителя. Состояние линий готовности в любой момент времени определяет действия, которые должны выполнять оба модуля.

Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется циклом магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов определяется тактовыми сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана с частотой тактовых сигналов.

Шина US

Сегодня USB-шина очень популярна, но когда-то компания Windows весьма слабо поддерживала эту идею. После выпуска Windows 98 и Apple iMac, USB стала набирать обороты и появилось огромное количество USB-устройств.

Шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная шина, предназначенная для легкого и быстрого подключения периферийных устройств. Стандарт разработали семь компаний: Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. USB-шнур представляет собой две скрученные пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая есть линия питания (+5 V). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

К одному компьютеру можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию звезда). Причем эти устройства могут быть самыми разными - начиная от клавиатуры с мышью и кончая сканерами и цифровыми камерами.

Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме. В USB обмен информации с быстрыми устройствами идет на скорости 12 Мbits/s, а с медленными - 1.5 Мbits/s. Все подключенные к USB-устройства конфигурируются автоматически (PnP) и допускают Hot-Swap включение/выключение (без перезагрузки или выключения компьютера). Достигается это следующим образом. При подключении кабеля к USB-разъему контроллер USB-контроллер чувствует скачок напряжения и подает соответствующий сигнал операционной системе, а она загружает драйвер, который и обеспечивает работу устройства на программном уровне. Или, если драйвер не был установлен, система, видя это безобразие, опознает устройство и самостоятельно или с помощью пользователя ставит необходимые драйвера. При дальнейшем включении/выключении этого устройство инициализация происходит, как описано в первом случае. Во время опознавания на экране появляется соответствующее сообщение, а изменения в Device Manager'е происходят автоматически. Устройство также сообщает информацию о его типе, производителе, назначении и требуемой пропускной способности. Ему назначается уникальный идентификационный номер. Это все, что нужно, никаких вопросов об IRQ, адресах портов и DMA больше не будет. Правда, одно прерывание все же нужно - для самого контроллера USB.

Для взаимодействия устройств используется кабель, имеющий на концах разъемы, напоминающие телефонные. Существует два вида разъемов: разъем типа "А" и разъем типа "B". Как правило, устройство подключается к кабелю одним разъемом (B), а другим к USB-порту (A). Устройства можно подключать по цепочке, для этого они могут иметь дополнительный порт для подключения кабеля, идущего на следующее устройство. Однако это не всегда так. Поэтому существуют специальные USB-хабы, подключаемые к порту USB и делящих его на несколько. Есть хабы с блоком питания, они позволяют в некоторой степени обойти ограничение на электрическую нагрузку. Хаб является обычным USB-устройством, поэтому их количество может быть более одного; их тоже можно включать в цепочку. Старые компьютеры, не имеющие USB (сейчас USB-контроллер встраивается непосредственно в чипсет), можно оснастить картой типа PCI to USB.

Теоретически к шине USB можно подключить все что угодно - хоть жесткий диск или систему видеомонтажа. Такие устройства даже существуют и покупаются. Но это уже, как говориться, попытка совместить несовместимое. Все упирается в максимальную пропускную способность шины. Ее хватает только для передачи видео очень посредственного качества. Жесткий диск тоже будет сильно притормаживать, так как 12 мегабит для жесткого диска - не скорость. Единственная область, где ему можно найти применение, это роль "большой дискеты" или использование в качестве второго диска большой емкости в портативном компьютере, но уж писать высококачественный AVI-файл в реальном времени на такой агрегат никак не получится. Правда, на подходе USB 2.0, где скорость будет намного увеличена.

Процессор

Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit) -- это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

арифметико-логическое устройство;

шины данных и шины адресов;

регистры;

счетчики команд;

кэш -- очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

? Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему -- тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.

Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Микропроцессор Intel Pentium 4 -- наиболее совершенный и мощный процессор выпуска 2001 г. с тактовой частотой до 2 Гигагерц. Он предназначен для работы приложений, требующих высокой производительности процессора, таких, как передача видео и звука по Интернет, создание видео-материалов, распознавание речи, обработка трехмерной графики, игры.

В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.

Скорость процессора измеряется в мегагерцах (MHz). Это дает приблизительное представление о том, сколько операций он выполняет в секунду. Хотя можно с уверенностью сказать, что 200 MHz Pentium MMX работает быстрее, чем 166 MHZ Pentium MMX. Подобные сравнения возможны только внутри семьи процессоров. Сравнение скоростей в мегагерцах Pentium MMX и Pentium II или чипа от другого производителя невозможны, поскольку инструкции обрабатываются по-разному.

Главный соперник процессора Intel Pentium III - AMD Athlon, который во многом превосходит Pentium, в том числе и по скорости. В Apple Mac используются процессоры под названием G3 и G4, выпущенные компанией Motorola. Считается, что они тоже превосходят Pentium III по скорости.

Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является "большой" по размеру и представляет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20х20 мм., заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является "большой" по количеству элементов.

Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество (42 миллиона в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (переключателей), размеры которых составляют всего около 0,13 микрон (1 микрон = 10-6 метра).

Важнейшей характеристикой, определяющей быстродействие процессора, является тактовая частота, то есть количество тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой - генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц). 1 МГц - миллион тактов в секунду. За 20 с небольшим лет тактовая частота процессора увеличилась почти в 500 раз, от 5 МГц (процессор 8086, 1978 год) до 2,4 ГГц (процессор Pentium 4, 2002 год) - см. таблицу.

Тип Год выпуска Частота (МГц) Шина данных Шина адреса Адресуемая память

8086 1978 5-10 16 20 1 Мб

80286 1982 6-12,5 16 24 16 Мб

80386 1985 16-33 32 32 4 Гб

80486 1989 25-50 32 32 4 Гб

Pentium 1993 60-166 64 32 4 Гб

Pentium II1997 200-300 64 36 64 Гб

Pentium III1999 450-1000 64 36 64 Гб

Pentium 42000 1000-2400 64 36 64 Гб

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность процессора. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/36, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 36-разрядную шину адреса.

В первом отечественном школьном компьютере "Агат" (1985 год) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно одновременно он обрабатывал 8 битов, а его адресное пространство составляло 64 килобайта.

Современный процессор Pentium 4 имеет разрядность 64/36, то есть одновременно процессор обрабатывает 64 бита, а адресное пространство составляет 68 719 476 736 байтов - 64 гигабайта.

Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Звуковая карта

К счастью, времена, когда работа за компьютером сопровождалась писком встроенного динамика, давно закончились. Современные звуковые карты могут предоставить солидные возможности для обработки звукового сигнала и превратить даже обычный домашний компьютер в весьма неплохой и функциональный аудиокомплекс. Также нельзя не отметить и тот факт, что прогресс в этой области позволил существенно снизить цены на звуковые платы - то, что раньше считалось прерогативой студии и стоило тысячи долларов, теперь можно приобрести в любом магазине за довольно умеренную цену.

Звуковая карта производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) - это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

* аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

* цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов. Область применения звуковых плат -- компьютерные игры (на многих звуковых платах есть специальный Game-порт, к которому подключаются игровые манипуляторы), обучающие программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п. Но главная, и часто используемая возможность современной звуковой карты - это способность воспроизводить аудио и видео-файлы, хранящиеся на компьютере.

Что находится на звуковой карте?

На типичной звуковой карте могут находиться следующие разъемы:

Внешние:

1. Игровой, или MIDI-порт. Самый большой и заметный 15-контактный разъем-гнездо, предназначен для подключения джойстика, MIDI-клавиатуры или чего-либо иного, работающего через MIDI-интерфейс, напрмер синтезатор. В последнее время Microsoft c Intel и некоторыми другими компаниями активно нападают на этот порт и говорят, что в современном компьютере ему не место, но он, очевидно, умирать пока не собирается.

2. Линейный вход

3. Микрофонный вход

4. Линейный выход для подключения активных колонок или усилителя. Он может быть не один, если плата рассчитана на подключение более двух колонок.

5. Аудиовыход, на который подается прошедший через встроенный в карту маломощный (2-4 ватта на канал) усилитель сигнал. Так как качество этого усилителя даже на дорогих платах оставляет желать лучшего, то годится только для подключения небольших наушников. Часто этот выход не присутствует отдельно, а выбирается путем изменения режима работы линейного выхода путем соответствующего джампера на плате. В этом случае, если вы ничего не меняли, выходному разъему по умолчанию обычно уже соответствует режим линейного выхода. Более подробно об этом должно быть рассказано в документации на плату.

6. Цифровой выход - он предназначен для подключения внешних цифровых устройств, например цифрового ресивера. Встречается только на достаточно дорогих картах.

7. Цифровой вход - встречается еще реже, чем цифровой выход.

Внутренние:

1. Внутренний вход - обычно используется для подключения CD-ROM.

2. Внутренний выход

3. Цифровой вход SPDIF. Обычно используется для цифрового подключения CD-ROM'а. Если такой разъем есть, то для подключения CD (DVD) нужно использовать только его, так как ЦАП привода обычно имеет самое невысокое качество и звуковая карта справится с воспроизведением звука гораздо лучше. Правда, такой разъем есть только на хороших платах.

4. Дополнительные разъемы для внутреннего подключения таких устройств, как модем, плата видеомонтажа или TV-тюнер и прочего.

Если вы хотите получить приличное качество воспроизведения CD на компьютере, то для этого необходима звуковая карта с цифровым входом для подключения устройства чтения CD/DVD, который и следует использовать, так как качество звуковой части приводов CD- и DVD-ROM довольно невысоко. Обычно (хотя совсем не обязательно) в комплект поставки звуковой карты входит шнурок для подключения CD-ROM'а. К сожалению, практически всегда он аналоговый, так что вам (если карта, конечно же, имеет разъем SPDIF) придется покупать цифровой кабель отдельно. Впрочем, можно обойтись и без кабеля и соответствующего входа: можно воспользоваться возможностью некоторых CD-проигрывателей читать аудио по шине. Плохое качество звука дисководов CD/DVD хорошо подтверждается тем, что даже достаточно недорогие и ширпотребные карты декодируют цифровой звук заметно лучше, чем сами дисководы. Но при таком способе немного грузится процессор и сама шина, что по сравнению с полностью самостоятельным чтением выглядит не совсем хорошо, так что лучше все же купить более продвинутую карту с необходимым разъемом, которая сама по себе также будет звучать лучше, хоть она и будет стоить заметно дороже.

Что представляет из себя звуковая плата?

Любая звуковая плата представляет собой в конечном счете плату ЦАП/АЦП. В простейшем аналоговом электрическом виде звук выглядит как переменный сигнал (синусоида). Основное отличие реального звука состоит лишь в том, что он получается в результате наложения и взаимодействия большого числа колебаний разной частоты, фазы и амплитуды. Так возникают обертона, характеризующие, например, тембр голоса. При цифровом представлении аналогового сигнала изменение его амплитуды происходит дискретно и как бы заморожено на длительность фиксированных моментов времени, в течение которых осуществляются измерения. То есть измеренные значения описывают аналоговый (непрерывный) процесс, определяя его состояние в фиксированные моменты последовательностью чисел.

В аналого-цифровом преобразователе - АЦП - после нормирования по амплитуде аналоговый сигнал квантуется по уровню и кодируется (Воспроизведение выполняется точно так же, только в обратном направлении, поэтому-то, что относится к записи, имеет смысл и при цифро-аналоговом преобразовании). То есть каждому моменту измерения по временной шкале ставится в соответствие цифровое значение мгновенной амплитуды сигнала. Таким образом, звук теперь представляется последовательностью цифровых кодов. Очевидно, что чем короче временные промежутки между отдельными измерениями, то есть чем выше частота дискретизации (Sampling Rate), тем точнее описывается и затем воспроизводится звуковой сигнал. Не менее очевидно, что необходимая частота измерений (выборки) зависит от частотного диапазона преобразуемого сигнала.

Следует отметить, что у некоторых дешевых звуковых карт частота дискретизации при воспроизведении и при записи может быть различной: как правило, в таком случае она соответственно равна 44.1 и 22.05 KHz. Хотя если вы не собираетесь ничего записывать, то это не столь важно. Тем более что качество записывающего тракта у таких простеньких китайских поделок настолько неважно, что кроме шумов записать все равно ничего не удастся.

Разрешающая способность звуковых карт

Понятно, что преобразование аналогового сигнала в цифровой код можно произвести только с какой-либо определенной степенью точности. Под точностью, или разрешающей способностью, понимают наименьшее изменение аналогового сигнала, которое приведет к изменению цифрового кода. Это определяется разрядностью (битностью) АЦП (или ЦАП, если речь идет о воспроизведении). Так, 8-битный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала на 256 (28) уровней, а 16-разрядный на 65536 (216) уровней, что приводит к очень заметному повышению качества. С увеличением разрядности АЦП (ЦАП) растет его динамический диапазон. Каждый бит соответствует примерно 6 Db. Звуковые карты могут иметь разрядность 8, 12, 16, а иногда и 20 бит (хотя последнее уже практически не приводит к тому, чтобы качество заметно улучшилось). Тогда 8-разрядное преобразование может обеспечить динамический диапазон 48 Db, 12-разрядное 72 Db,

16-разрядное 96 Db (соответствует CD) и 20-разрядное 120 Db. Все современные карты являются 16-битными. Однако это, конечно же, вовсе не означает, что все звуковые карты имеют "CD Quality", так как качество зависит и от многих других параметров.

В настоящее время широкое распространение получили приложения (прежде всего игры), использующие методы создания пространственного звука. Эти методы помимо простого разделения каналов и панорамирования включают в себя такие вещи, как, например, учет отражения звука от поверхностей, его поглощение различными предметами, прохождение сквозь препятствия и прочие эффекты. Как и в случае с трехмерной графикой, были созданы различные программные интерфейсы (API). Наиболее популярными являются A3D и созданный Creative EAX. В принципе, все необходимые расчеты могут выполнятся силами центрального процессора с помощью программной эмуляции, но гораздо лучше, если звуковая плата поддерживает аппаратное ускорение. Правда, сейчас карт, не совместимых с 3D-звуком, практически не осталось.

Все вычисления производит расположенный на плате звуковой процессор, называемый DSP (Digital Surround Processor). От его возможностей и производительности напрямую зависит качество и точность звуковых эффектов.

Иногда можно встретить звуковые платы с многообещающими надписями на упаковке типа "Dolby Digital 5.1", "АС-3" и т. д. В доказательство справедливости этого плата имеет шесть выходов, а также прилагаемый к ней программный DVD-плейер, воспроизводящий звук на шесть колонок. И хотя нигде не сказано, что декодирование АС-3 будет осуществляться аппаратно самой картой, у покупателя вполне законно складывается именно такое впечатление. В самом деле: мощный DSP, шесть выходов, красивые надписи, да и цена таких железяк, как правило, не менее красивая... Уже можно при всем при этом рассчитывать на аппаратный декодер пространственного звука. На самом же деле таких карт не существует (а если где-то их и можно найти, то это окажется профессиональная техника с нереальной ценой), а декодирование АС-3 осуществляется поставляемым в комплекте полностью программным плейером. Также некоторые производители обещают снижение нагрузки на CPU во время воспроизведения MP3. Это тоже мало похоже на реальность, тем более что при производительности современных процессоров декодировать MP3 аппаратно не имеет абсолютно никакого смысла.

Звуковая карта может применяться не только для обработки звуков, но и для их генерации. Необходимость этого зародилась во времена первых игр с музыкальным сопровождением. Так как производительность компьютеров и объем носителей тогда не позволяли использовать готовые сэмплы, пришлось возлагать задачу на воспроизведение музыки целиком на звуковую плату. Так был создан стандарт MIDI (Musical Instrument Digital Interface), который довольно популярен и по сей день. Команды MIDI содержат не запись музыки как таковой, а ссылки на ноты, точнее их лектронный аналог. Когда карта принимает MIDI-команду, она интерпретируется ее синтезатором, и в результате мы слышим ноту. По сути звуковая карта, поддерживающая MIDI, является обычным музыкальным синтезатором. Существует множество софта как для проигрывания, так и для создания MIDI-фалов. В последнем случае обычно используется MIDI-клавиатура, по внешнему виду очень похожая на клавиатуру синтезатора.

Жесткий диск (накопители на жестких магнитных дисках, НЖМД) - тип постоянной памяти. В отличие от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера, что делает жесткий диск идеальным для длительного хранения программ и файлов данных, а также самых важных программ операционной системы. Эта его способность (сохранение информации в целостности и сохранности после выключения) позволяет доставать жесткий диск из одного компьютера и вставлять в другой.

При включении компьютера BIOS проводит POST (самотестирование при включении компьютера) и проверяет, есть ли дискета в дисководе. Если ее нет, она обращается к жесткому диску и копирует короткую программу, называемую "загрузочная память", с жесткого диска в оперативную память. Затем она передает управление компьютером загрузочной программе, которая наблюдает за загрузкой операционной системы. Как только система загружена, загрузочная программа стирается их памяти, передавая управление компьютером полностью загруженной операционной системе.

Жесткие диски очень надежны для хранения большого объема информации и данных. Внутри запечатанного жесткого диска находятся один или больше несгибающихся дисков, покрытых металлическими частицами. Каждый диск имеет головку (маленький электромагнит), встроенную в шарнирный рычаг, который движется над диском при его вращении. Головка намагничивает металлические частички, заставляя их выстраиваться для представления нулей и единиц двоичных чисел. Моторы, двигающие диск и рычаг, обычно подвергаются износу. Избежать износа удается только головке, поскольку она никогда не соприкасается с поверхностью диска.

Еще одна функция жесткого диска - симуляция оперативной памяти. Используя секции жесткого диска в качестве виртуальной памяти, Windows может запускать больше программ. Недостаток виртуальной памяти в ее медленности по сравнению с обычной памятью. Если поставить больше, работа компьютера замедляется.

	Винчестер, или жесткий диск, - самая важная составляющая компьютера. На нем хранится операционная система, программы и данные. Без операционной системы Windows нельзя запустить компьютер, а без программ - ничего сделать, когда он уже загрузился. Без банка данных придется информацию каждый раз вводить вручную.

Жесткий диск - механическое устройство компьютера, и от него может быть больше проблем, чем от электронных устройств. На самом деле оно очень надежно. Диски собирают в чистых комнатах, в которых воздух постоянно фильтруется, и удаляются частички пыли. Собирают винчестеры из магниточувствительного материала. Перед тем как вынести диски из комнаты, их упаковывают и запечатывают. Если вы откроете свой жесткий диск из любопытства, то можете с ним попрощаться. Чтобы этого не случилось, никогда не делайте этого - их вскрывать нельзя.

Перед использованием новые жесткие диски нужно отформатировать. Этот процесс состоит в прокладывании магнитных концентрических дорожек и в их разбивке на маленькие сектора, как куски в торте. Будьте осторожны: если на жестком диске были записаны данные, то его форматирование ведет к полному их уничтожению.

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150-200 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Дополнительные накопители

Записывающие оптические и магнитооптические накопители

Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk -- Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.

Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Стример (англ. tape streamer) -- устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 -- 2 Гбайта и больше.

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. На данный момент стримеры являются устаревшими и поэтому используются они на практике очень редко.

	В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков -- от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

CD-ROM / DVD-ROM

Пишущий CD-ROM может записывать информацию любого типа - музыку, изображение или текст. Есть записываемые диски, на которые можно записать информацию только один раз (CD-R). Но есть и перезаписываемые диски (CD-RW), они стоят дороже, но позволяют стирать информацию и добавлять новую. Однако, если вы записываете музыку на перезаписываемый компакт-диск, вы можете его слушать только на ПК, а записываемый диск - на любом CD-плейере.

Оптический принцип записи и считывания информации.

В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Лазерные дисководы и диски

Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650-700 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению с CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.