Структура персонального компьютера

Прежде чем рассмотреть характеристики компонентов ПК, кратко опишем структуру персональной компьютерной системы.

Как следует из рисунка, где изображена обобщенная логическая структура персонального компьютера, связывающим звеном компьютера является системная шина, благодаря которой осуществляется взаимодействие всех компонентов системы. По системной шине передаются между различными компонентами системы команды, данные, адреса устройств ввода/вывода. Работа с системной шиной регламентируется рядом правил, которых должны придерживаться все устройства системы, чтобы не блокировать работу системы. Собственные характеристики шины существенно влияют на организацию работы компьютера и его быстродействие.

Микропроцессор производит выборку команд из памяти компьютера и выполняет их. В ходе выполнения команды процессор может записать данные в память, считывать данные из памяти, передать данные на устройство вывода или считывать данные с внешних устройств.

Арифметический сопроцессор (на схеме он выделен в отдельный блок, но конструктивно входит в состав процессора) предназначен для выполнения операций с плавающей точкой. Память играет центральную роль в работе вычислительной системы. В ячейках памяти хранятся команды и данные, выполняемой программы.

К числу внешних устройств компьютера относятся жесткий диск, дисплей, принтеры, сканеры, клавиатура, манипулятор “мышь” и др. для обращения к которым используются внутренние имена - адреса ввода/вывода. Если процессору необходимо чтобы устройство выполнило некоторую операцию, он должен обратиться по адресу, который присвоен этому устройству.

В качестве аппаратных средств компьютера можно выделить три основных компонента: системный блок, монитор и клавиатуру. В системном блоке находятся основные электронные компоненты компьютера: материнская плата, жесткие диски, дисководы съемных дисков, платы расширения, блок питания.

Системный блок

Корпус системного блока

Классификацию стандартных системных корпусов проводят по двум характеристикам: по расположению материнской платы и размерам. Если материнская плата располагается горизонтально, то корпус типа desktop (“настольный”). Если материнская плата располагается в корпусе вертикально, то он относится к типу tower (“башня”). Корпуса этого типа тоже различаются по размерам: tower, midi-tower, mini-tower (по убыванию размера). От размера корпуса и расположения материнской платы зависит максимальное количество устанавливаемых плат расширения. Больший корпус способствует лучшей вентиляции внутренних компонентов, что уменьшает их перегрев. Сам корпус изготовлен из металла и покрыт пластиком, чтобы уменьшить уровень электромагнитного излучения. На корпусе системного блока могут располагаться несколько кнопок управления, световые индикаторы режима работы, цифровой дисплей отображающий быстродействие микропроцессора и выключатель питания.

Материнская плата

Основой компьютерной системы является материнская (системная) плата. Материнская плата представляет собой плоский лист фольгированного стеклолита, покрытого зеленым лаком (очень редко цвет лака может быть другим). На плате устанавливаются основные электронные элементы: микропроцессор, оперативная память и другие вспомогательные микросхемы. Необходимые электрические соединения осуществляются выполненными печатным монтажом ряд параллельных проводников, по которым происходит передача данных, адресов и управляющих сигналов. Электрические, временные и логические характеристики этих сигналов отвечают определенному набору правил - международному стандарту на системную шину - ему должны удовлетворять все платы различных фирм производителей.

Реализация указанного стандарта осуществляется расположенным на материнской плате набором микросхем (см. рисунок) - Чипсетом (chipset) который связывает между собой процессор, память, устройства ввода и вывода и именно его микросхемы (Северный мост) и (Южный мост) обеспечивают согласованное взаимодействие этих устройств компьютера.

В левом верхнем углу материнской платы расположены разъемы расширения. Они представляют собой пластмассовые держатели с позолоченными контактами. Число контактов может быть 8, 16, 30, 32. Разъемы позволяют подключать дополнительные печатные платы, которые осуществляют работу с монитором, жестким диском и другими устройствами. В разъемы особого вида устанавливается оперативная память.

Обычно ближе к центру системной платы расположено специальное гнездо для установки микропроцессора. В зависимости от типа микропроцессора на ней также могут находиться гнезда для установки микросхем математического сопроцессора и кэш-памяти.

Для подключения индикаторов, кнопок и динамика, расположенных на корпусе системного блока, на материнской плате имеются специальные разъемы-вилки. Такие разъемы служат как перемычки для установки конфигурации системы. Они определяют тип установленного процессора и его тактовую частоту, тип и режим работы сопроцессора, размер кэш-памяти и т.п. От блока питания на плату поступает напряжение 5 В.

Процессоры

Основой любого персонального компьютера является его микропроцессор (CPU). Микропроцессор выполняет основные операции по управлению работой системы. Он интерпретирует и формирует команды, управляет обменом с памятью и системной шиной, выполняет различные вычисления. Микропроцессор реализован в виде сверхбольшой интегральной схемы, выполненной в едином полупроводниковом кристалле, и содержит арифметико-логическое устройство и блок управления.

Микропроцессоры характеризуются тактовой частотой (скорость выполнения команд), разрядностью (длина обрабатываемых данных), архитектурой и набором выполняемых команд. Под архитектурой процес сора понимают его внутреннее устройство и типы обрабатываемых данных. Выполняемые команды предусматривают, как правило, арифметические и логические операции, передачу управления и перемещение данных.

С внешними устройствами микропроцессор может обмениваться информацией благодаря системной шине, соединенной со специальными контактами на корпусе процессора.

Приведенные в таблице характеристики позволяют показать этапы истории развития микропроцессорных средств, в результате которого сегодня разработаны и стали доступными мощные информационные машины и построенные на их базе сетевые системы.