Что входит в аппаратное обеспечение компьютера: Аппаратное обеспечение — Википедия – Самые важные части аппаратного обеспечения компьютера

23.02.2020 alexxlab 0

Аппаратное обеспечение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 февраля 2019; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 февраля 2019; проверки требуют 13 правок.

Аппара́тное обеспече́ние[1][2][3][4], аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо», (англ. hardware) — электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы[5]. К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств. Персональный компьютер — универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости.

Аппаратное обеспечение вычислительных систем — обобщённое название оборудования, на котором работают компьютеры и сети компьютеров.

К аппаратному обеспечению обычно относят:

Некоторая часть задач, выполняемая

аппаратным обеспечением может быть выполнена частично или полностью с помощью программной эмуляции, например, в персональных компьютерах часто используется программная реализация протоколов связи модемов, программная эмуляция функций отрисовки 3D изображений. Обычно перенос выполняемой задачи из аппаратной части в программную уменьшает стоимость оборудования, но увеличивает нагрузку на центральный процессор.

В случае существенной нагрузки на процессор определённого рода задачами, для повышения производительности производят обратную операцию: аппаратно реализуют часть алгоритма, уменьшая участие процессора в выполнении алгоритма.

Примеры аппаратной реализации алгоритмов, которые могли бы быть реализованы программно:

Персональный компьютер[править | править код]

Внутри системного блока персонального компьютера

Обычный персональный компьютер состоит из системного блока, состоящего из шасси и периферийных устройств.

В состав системного блока входят:

  • материнская плата
    • центральный процессор
    • BIOS
    • кулер
    • оперативная память и кэш
    • слоты расширения шин — PCI, PCI-E, USB, FireWire, AGP (устарела), ISA (устарела), EISA (устарела)
    • контроллеры устройств — хранения: IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения.
    • видеоконтроллер (встроенный или в виде отдельной платы), передающий сигнал на монитор
    • звуковой контроллер
    • сетевой интерфейс (сетевая плата)
  • блок питания
  • система охлаждения — необходима в случае установки блоков, имеющих повышенное тепловыделение.

Через контроллеры к материнской плате при помощи шлейфов кабелей, сигнальных и питания, подключены жёсткий диск (их так же можно объединить в RAID-массив), SSD, накопитель на гибких дисках, оптический накопитель типа CD-ROM и другие устройства.

Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства:

Под архитектурой аппаратного обеспечения компьютера понимаются внутренние компоненты компьютера и подключенные к нему устройства ввода (как компьютерная мышь и клавиатура) и устройства вывода (монитор). Внутренние компоненты компьютера вместе представляют собой вычислительное и управляющее устройство, объединённое шиной. Более распространены обозначения процессор, оперативная память и жесткий диск. Шина соединяет отдельные компоненты в сложную систему, так как без шины разрозненные детали не смогли бы функционировать. Процессор или ЦПУ определяет основную скорость работы компьютера. Требования к тактированию ЦПУ и собственной мощности процессора постоянно увеличиваются, так как и предъявляемые к технике требования тоже растут. Программное обеспечение, которое позже устанавливается на компьютер, требует все большей мощности процессора.

Термин архитектура распространяется на устройство комплектной системы, так как отдельные компоненты должны быть друг с другом согласованы, чтобы гарантировать бесперебойное протекание процесса. В противном случае в будущем это приведёт к проблемам с компьютером. Если элемент не подходит к другим компонентам, то они так же не могут потреблять полную мощность. Отдельные составные блоки, такие, как процессор, оперативная память или шина, при сборке корпуса должны составлять одно целое. Иначе подключенное к процессору программное обеспечение не сможет выполнять свои задачи в полной мере и обращение с компьютером будет усложнено.

Самые важные части аппаратного обеспечения компьютера

Каждый компьютер состоит из набора основных взаимосвязанных аппаратных средств, без которых работа компьютера практически невозможна.

Системный блок

Системный блок — это корпус компьютера, внешняя оболочка защищающая внутренние компоненты от любого внешнего воздействия и механических повреждений. Системный блок обеспечивает нужную температуру и экранирует электромагнитное излучения внутренних компонентов.

Есть несколько типов системных блоков:

  •  Super Tower
  •  Midi Tower
  •  Micro ATX
  •  Desktop
  •  Tiny Tower
  •  Flex ATX
  •  Mini ITX

Блок питания — является источником электропитания всех частей компьютера и его главная задача — преобразование переменного напряжения сети, обычно это стандартные 220B в вашей розетке, в постоянное напряжение питания всех компонентов компьютера. Чтобы блок питания не нагревался и не сломался от большого температурного режима, в нем встроен вентилятор для охлаждения.

Источник бесперебойного питания — простая аккумуляторная батарея, которая осуществляет бесперебойное кратковременное снабжение электричеством компьютера и всех его частей. Это необходимо, чтобы корректно завершить работу и сохранение данных если вдруг резко отключится электричество.

Материнская плата — пожалуй, самый основной и главный компонент компьютера. Именно к ней подключаются все остальные компоненты и внешние устройства.

Шина — линии и проводники на материнской плате, по которым компоненты и устройства компьютера обмениваются информацией.

Линии шины делятся на 3 группы по типу передаваемых данных:

  1. Линии данных — шина данных
  2. Линии адреса — шина адреса
  3. Линии управления — шина управления

По функциональному назначению шины делятся:

  • Системная шина (шина CPU) — ее используют микросхемы чипсет для передачи данных к процессору и от него
  • Шина кэш-памяти — используется для обмена данными между процессором и кэш-памятью
  • Шина памяти — используется для обмена данными между оперативной памятью  процессором
  • Шины ввода и вывода — стандартные и локальные, связывают устройства через порты

Небольшая дополнительная информация о шине:

  • Порта — шина, связывающая устройства между собой.
  • Разрядность — характеристика, определяемая количество данных параллельно проходящих через шину
  • Пропускная способность — характеристика, определяемая количеством бит данных, передаваемых по шине за секунду.
  • Шина ISA — 8 или 16-разрядная шина ввода и вывода для подключения плат расширения
  • Шина VLB — 32-разрядная шина для обмена видеоданными
  • Шина PCI — шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств  к материнской плате
  • Шина AGP — 32-разрядная высокоскоростная шина для видеокарты и ускорения ввода-вывода данных на видеоадаптер.
  • Шина PCI Express — шина с программной моделью шины PCI и высокопроизводительным физическим протоколом для последовательной передачи данных
  • Шина USB — шина для подключения периферийных устройств снаружи корпуса компьютера.
  • Шины SCSI и SAS — шины на рабочих станциях и высокопроизводительных серверах
  • Шина IEEE 1394 — высокоскоростная локальная последовательная шина для обмена данными между компьютером и остальными устройствами

Связь с внешними периферийными устройствами происходит через последовательные и параллельные порты.

Параллельная передача данных — происходит через параллельный порт LTP. Все 8 бит пересылаются одновременно, а не один за другим. Вся передача данных происходит только в одном направлении — однонаправленная передача. Например, через LTP порты к компьютеру подключаются принтеры.

Порт EPP — производит двунаправленную передачу данных, в обоих направлениях.

Порт ECP — производит передачу данных с большой скоростью, с помощью сжатия данных

Последовательная передача данных

— происходит через последовательный порт COM. Данные передаются побитно — отдельные биты пересылаются последовательно друг за другом, при этом можно обмениваться данными в двух направлениях.

Для нормальной работы компьютера и подключенных к нему периферийных устройств необходимо разделять все системные ресурсы:

  • Линии запросов на прерывание (IRQ)
  • Каналы прямого доступа к памяти (DMA)
  • Базовые адреса портов ввода и вывода

Система прерываний — приостанавливает текущие действия компьютера и переключается на другие в ответ на поступившие действия.

Передача данных в режиме прямого доступа к памяти — необходима при обмене данными между оперативной памятью и высокоскоростными устройствами.

Порты ввода и вывода — связывают компьютер с периферийными устройствами для их обмена данными между процессором.

Центральный процессор — блок или интегральная схема выполняющая машинные инструкции.

В процессор входят основные компоненты:

  • арифметико-логическое устройство
  • блок управления
  • блок памяти
  • устройство ввода и вывода

Вся работа процесса строится по следующему принципу. По системной шине на вход процессора поступают сигналы — логические 0 и 1. Такие сигналы декодирются на основе набора инстркций встроенных в процессор и управляют его работой. На выходе процессора поступают результаты работы в виде таких же логических 0 и 1. Сами значения этих сигналов определяются напряжением на линиях шины — 1,5 вольт это 1, а 0 вольт — это 0.

Сокет для процессора — специальный разъем на материнской плате, в который устанавливается процессор компьютера. Сверху процессора устанавливается радиатор с вентилятором, чтобы охлаждать нагревающийся процессор.

Компонентами процессора являются:

  • Ядро — выполняет команды
  • Модуль предсказания перехода — определяет изменение последовательности выполнения команд после перехода, чтобы переслать эти команды в декодер команд
  • Сопроцессор — выполняет операции с нецелыми числами
  • Кэш-память первого уровня — дает доступ к данным быстрей, чем к внешней кэш-памяти второго уровня. У процессора есть два модуля кэш-памяти по 8 Кбайт каждый: первый для команд, второй для данных.
  • Интерфейсный модуль системной шины — команды и данные которые поступают по системной шине разделяются на 2 потока.

Исполнение команд в процессоре происходит конвейерной обработкой — разбиваясь на несколько ступеней, где каждой ступени соответствует свой модуль в процессоре. По тактовому импульсу команды в драйвере переходят на следующую ступень и затем после того как команда покидает конвейер, туда поступает новая команда.

Основные характеристики процессора

  • Ступень интеграции
  • Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных
  • Тактовая частота
  • Количество инструкций, выполняемых за один такт
  • Память, к которой может адресоваться процессор
  • Объем встроенной кэш-памяти
  • Количество уровней кэш-памяти

Степень интеграции — определяет сколько транзисторов может в ней уместиться

Внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных определяет количество бит которое процессор может обработать одновременно — 16, 32 или 64 бита.

Тактовая частота — максимальное количество операций процессора в секунду

Адресация — ссылка к устройству или элементу данных по его адресу

Реальный режим работы процессора — адресовывает не более 1 Мбайт памяти

Защищенный режим работы процессора — адресовывает до 16 Мбайт физической и до 1 Гбайт виртуальной памяти

Оперативная память — временная память, в которой данные храняться только когда компьютер работает. После завершения работы компьютера — все данные из оперативной памяти исчезают.

Ячейки памяти в оперативной памяти состоят из матрицы со строками и столбцами. Адрес ячейки включает в себя адрес строки и адрес столбца.

Основные характеристики микросхем памяти:

  • Тип
  • Емкость
  • Разрядность
  • Быстродействие
  • Временная диаграмма

Таблица векторов прерываний — содержит 256 элементов по 4 байта и хранит в себе векторы прерываний, являющихся адресами сервисных программы в составе операционной системы и базовой системы ввода-вывода BIOS.

Область данных BIOS — содержит счетчик таймера, буфер клавиатуры и другие внутренние данные.

Область для операционной системы — содержит программы и данные

UMA — аппаратная часть оперативной памяти, располагается после первых 640 Кбайт. В ней размещается видео-память и ROM BIOS, также могут быть модули постоянной и оперативной памяти подключенные к компьютеру.

EMS — метода использующий свободную память в UMA.

HMA — первый блок в 64 Кбайт выше границы 1 Мбайт оперативной памяти

XMS — вся память выше границы 1 Мбайт, включая HMA

Виртуальная память — процесс создания на жестком диска компьютера файла в несколько десятков мегабайт размером для расширения оперативной памяти. Это необходимо, когда объема установленных модулей памяти на материнской плате не хватает.

Нужный объем оперативной памяти определяется:

  • Разрядностью адресной шины процессора
  • Возможностями чипсета
  • Количеством разъемов для установки оперативной памяти на материнской плате

Кэш-память — сверхбыстрая память, является промежуточным буфером с быстрым доступом, содержит данные, которые могут получаться с большей вероятностью.

Чипсет — микросхемы, установленные на материнской плате для обмена данными между процессором, оперативной памятью и другими устройствами, подключенными к шинам. В чипсете могут быть разное количество микросхем от 1 до 2.  Базовые микросхемы чипсета — южный мост и северный мост. Названия даны от местоположения микросхем на блок-схемах: верх — север, низ — юг.

Северный мост — отвечает за обмен данными между процессором и скоростными устройствами — памятью и шинами PCI Express или AGP.

Южный мост — отвечает за работу с низкоскоростными интерфейсами.

ROM BIOS — базовая система ввода-вывода, представляет набор микропрограмм для работы с аппаратным обеспечением компьютера и подключенными устройствами.

Функции BIOS:

  • Предоставление операционной системе драйверы устройств, которые находятся на материнской плате, осуществление сопряжения между материнской платой и другими компонентами компьютера
  • Предоставление текстовой программы проверки системы POST, которая во время включения компьютера проверяет важные компоненты компьютера
  • Программа CMOS Setup для установки параметров BIOS и аппаратной конфигурации компьютера
  • Программа начальной загрузки Bootstrap, запускающаяся после успешного завершения программы POST

CMOS RAM — область памяти (100 — 129 байт), в контроллере периферийных устройств в южном мосте чипсета, где записываются значения конфигурации настроек BIOS.

Чтобы записанные значения не были потеряны, контроллер обеспечивается питанием  от аккумулятора. Поэтому данные о конфигурации компьютера находятся в памяти,даже во время долгого не выключения компьютера.

BIOS представляет собой графический интерфейс с меню и различными опциями:

  • Standard CMOS Features — содержит стандартные настройки аппаратных средств и установку системной даты и времени
  • Advanced BIOS Features – установка стартовой конфигурации компьютера и параметров BIOS
  • Advanced Chipset Features – содержит настройки параметров чипсета
  • Integrated Peripherals – настройки параметров периферийных устройств
  • Power Management Setup – настройки параметров энергосбережения
  • PnP/PCI Configurations – настройки конфигурации шины PCI.
  • Load Fail-Safe Default и Load Optimized Defaults – восстановление настроек BIOS
  • Set Password – установка пароля на BIOS
  • Save & Exit Setup – запись в CMOS новой конфигурации к перезагрузке компьютера
  • Exit Without Saving – не вносить какие-либо изменения в конфигурацию компьютера
  • SoftMenu III Setup – выставление параметров процессора без использования джамперов
  • PC Health Status – мониторинг температуры узлов компьютера

Хранение данных

Дисковод — носитель данных, которые записываются путем изменения намагниченности магнитного покрытия диска в направлении север-юг и юг-север, создавая логические состояния 1 или 0.

Для записи и чтения данных диск разбивается на специальные участки — дорожки и секторы, путем форматирования.

При логическом разбиении диски разделяются на системную область и область хранения данных.

В системной области размещаются:

  • Загрузочная запись диска
  • Таблицы размещения файлов
  • Корневой каталог файлов

В области данных размещаются различные файлы.

Фрагментированный диск — диск, на котором значительное число файлов размещено по поверхности отдельными фрагментами.

Жесткий диск — устройство для хранения данных, на которое данные записываются и считываются специальными головками. При записи на головку подается положительный сигнал, а затем отрицательный. При чтении головка регистрирует моменты изменения полярности магнитных полей и выдает импульсы, соответствующие моменту изменения полярности, после чего импульсы декодируются в последовательность двоичных данных и при записи цифровые данные преобразуются в электрические сигналы.

Характеристики жестких дисков:

  • Емкость
  • Время безотказной работы
  • Быстродействие

Кэш-память жесткого диска — физические ячейки памяти в контроллере диска. Диски делятся на дорожки и секторы. Каждая дорожка отмечена номером головки и порядковым номером на диске относительно внешнего края. Секторы нумеруются своим порядковым номером относительно начала дорожки и начинается с 1, а головки и цилиндры — с 0.

Чтобы операционная систем видела диск и загружалась с него, проводятся следующие операции:

  • Форматирование диска на низком уровне или физическое форматирование
  • Разбиение диска на разделы
  • Форматирование диска на высоком уровне, форматирование разделов
  • Копирование операционной системы на диск, делая дис загрузочным

Компакт-диск (CD-ROM) — оптический носитель данных в виде пластикового диска с отверстием в середине. Запись и чтение производится с помощью лазера.

Плюсы и минусы CD-ROM:

  • компакт-диски надежней в транспортировке
  • компакт-диск имеет большую емкость
  • компакт-диск почти не изнашивается
  • низкая скорость доступа к данным

Основные характеристики CD-ROM:

  • Скорость передачи данных.
  • Среднее время доступа.
  • Объем буферной памяти.
  • Коэффициент ошибок.
  • Средняя наработка на отказ.
  • Тип интерфейса.
  • Перечень поддерживаемых форматов CD.
  • Параметры трактов воспроизведения.
  • Конструкция привода.
  • Комплект поставки программного обеспечения

Мониторы

Монитор — устройство отображение данных в виде текста и графики.

Мониторы можно разделить на:

  • Мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)
  • Мониторы на основе жидких кристаллов (жидкокристаллические) или LCD-мониторы (Liquid Crystal Display).

Пиксели — дискретные точки люминофор, представляющие собой элемент изображения на экране монитора.

Мониторы на основе ЭЛТ разделяются на:

  • Аналоговые — мониторы с аналоговым сигналом данных, с параметрами в виде функции времени и непрерывным множеством возможных значений
  • Цифровые — мониторы с цифровым сигналом данных, в виде последовательных цифровых значений

Видеоадаптер — устройство, преобразующее данные, хранящиеся на компьютере, в графическое отображение на экране монитора.

Характиристики видеоадаптера:

  • Максимальное разрешение и частоты разверток
  • Максимальное количество оттенков цветов
  • Скорость обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и компьютера

Элементы видеокарты:

  • Видеопамять для хранения цифрового изображения
  • Набор микросхем для обработки цифрового изображения и преобразования его в видеосигнал
  • Схемы интерфейса с шиной ввода-вывода
  • ROM Video BIOS для управления видеосистемой
  • Цифроаналоговый преобразователь, для преобразования цифровых данных из видеопамяти, в видеосигнал

Звуковая карта — аппаратное обеспечение компьютера для обработки звука. В звуковую карту входит:

  • Запись и воспроизведение звука
  • Синтезатор
  • Интерфейсы
  • Микшер
  • Акустическая система

MIDI — цифровой интерфейс музыкальных инструментов

Клавиатура и мышь

Клавиатура — устройство ввода данных в компьютер. Скан-код является однобайтовым числом, идентификационным номером, которые присваиваются клавишам.

При нажатии на клавишу специальный сигнал регистрируется контроллером клавиатуры и передается в виде скан-кода в материнскую плату. Затем он поступает в контроллер интерфейса клавиатуры, где инициализируется аппаратное прерывание IRQ. Процессор выполняет процедуру анализирующую скан-код.  Прерывание выполняется специальной программой в составе BIOS. Скан-код переводится в кодм символа и помещается в буфер клавиатуры.

Мышь — устройство ввода данных, управления курсором на экране монитора для подачи команд.

Сканер

Сканер — устройство для  ввода данных и создания з них цифрового изображения.

Способ формирования изображения:

  • Линейный (типовые).
  • Матричный (игольчатые).
  • Принтеры ударного типа.
  • Принтеры безударного типа.
  • Струйные принтеры.
  • Графопостроители (фломастерные или каплеструйные).
  • Лазерные принтеры (разновидность светодиодные принтеры).
  • Термопринтеры.
  • Твёрдочернильные принтеры.
  • Сублимационные принтеры.
  • 3D-принтеры.
  • Фотонные принтеры.

Кинематический механизм:

  • Ручной.
  • Настольный.
  • Комбинированный.

Тип сканируемого изображения:

  • Черно-белый.
  • Полутоновый.
  • Цветной.

Прозрачность оригинала:

  • Отражающий.
  • Прозрачный.

Аппаратный интерфейс:

  • Специализированный.
  • Стандартный.

Программный интерфейс:

  • Специализированный.
  • TW AIN-совместимый.

Компьютерная сеть

Локальная сеть — объединение нескольких компьютеров с помощью аппаратного и программного обеспечения.

MAN (Metropolitan Area Network) — сеть объединенных компьютеров в пределах города.

WAN (Wide Area Network) – сеть соединяющая компьютеры несколько стран.

GAN (Global Area Network) – сеть, соединяющая компьютеры на разных континентах.

PC-PC (псевдосеть) – соединение двух компьютеров через последовательный интерфейс с помощью простого кабеля, называемого кабелем нуль-модема.

Одноранговая сеть – не имеет центрального компьютера и работает без резервирования файлов.

Сеть типа клиент-сервер – мощный компьютер, сервер или файловый сервер, соединенный с отдельными рабочими станциями

Топология звезда – сеть компьютеров объединённых в звезду.

Плюсы

  • Повреждение кабеля для одного компьютера не сказываются на работе всей сети.
  • Простое подключение, соединение компьютера только с сервером
  • Безопасная защита от несанкционированного доступа
  • Высокая скорость передачи данных от компьютера к серверу

Минусы

  • Затрудненное подключение к удаленным компьютерам вне центральной сети
  • Скорость передачи от компьютера к серверу — быстрая, а скорость передачи между отдельными компьютерами — не очень быстрая
  • Можность сети зависит от возможностей сервера
  • Невозможна работа между компьютерами без сервера

Кольцевая топология – все компьютеры и сервер соединены по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя.

Плюсы

  • Данные проходят по кругу между соединенными компьютерами
  • Длина сети не имеет значения

Минусы

  • Время передачи данных увеличивается в зависимости от количества подключенных к кольцу сети компьютеров
  • Каждый компьютер отвечает за передачу данных. Выход из строя одного компьютера отразится на всей сети.
  • Для подключения новых компьютеров сеть должна на время быть выключена

Топология шины – к сети подключены сервер и отдельные рабочие станции.

Плюсы

  • Нет затрат на кабель для прокладки сети
  • Компьютеры могут быть установлены в любое время без отключения всей сети
  • Компьютеры могут обмениваться данными между собой без сервера

Минусы

  • При обрыве кабеля из строя выходит весь участок сети от места обрыва
  • Низкая безопасность

Кабель – один или нескольких изолированных друг от друга проводников, или оптических волокон, заключённых в оболочку.

В основном применяется 3 вида кабелей:

  • Коаксиальный (двух типов):
  • Тонкий коаксиальный кабель.
  • Толстый коаксиальный кабель.

Витая пара

  • Неэкранированная витая пара (UTP).
  • Экранированная витая пара (STP).

Оптоволоконный кабель

  • Многомодовый кабель.
  • Одномодовый кабель.

3. Аппаратное обеспечение пк.

Лекция №1. Введение в компьютерные технологии.

  1. Информация. Свойства информации.

  2. Файл. Параметры файлов.

  3. Аппаратное обеспечение ПК.

  4. Программное обеспечение ПК.

Персональным компьютером (ПК) называют электронную вычислительную машину (ЭВМ), рассчитанную на одного пользователя и управляемую одним человеком.

Современные ПК характеризуются:

  • небольшими размерами (ПК размещается на рабочем столе, оставляя место для телефонного аппарата, книг, тетрадей и т.д.),

  • возможностью для пользователя работать с ПК лично, без посредничества профессионального программиста,

  • малым потреблением электрической энергии,

  • удобством и комфортностью общения пользователя и ПК.

Благодаря развитию локальных и глобальных вычислительных сетей пользователь ПК может по ним получать любые справки из любых библиотек, информационных центров как своего региона, так и страны и всего мира.

ЭВМ выполняют две основные функции:

Выполнение этих функций осуществляется с помощью двух компонентов ЭВМ: программного обеспечения и аппаратного обеспечения.

Под аппаратным обеспечением понимают обычно все узлы, модули и блоки, составляющие компьютер или компьютерную систему. В современных компьютерах используется так называемая «открытая архитектура», т.е. состав аппаратного обеспечения компьютера можно изменить, поменяв один из модулей, или расширить, вставив дополнительный модуль.

Аппаратное обеспечение современных ПК включает в себя следующее:

  • системный блок,

  • устройства ввода информации в ПК (например, клавиатура),

  • устройства вывода информации из ПК (например, монитор).

Системный блок, клавиатура и монитор вместе составляют персональный компьютер в минимальной конфигурации, т.е. позволяют работать с информацией на компьютере (рис 1).

Корпуса системных блоков бывают нескольких типов: вертикальный (tower), горизонтальный (desktop), моноблок (системный блок и монитор в одном корпусе). Существуют переносные компьютеры типаNotebook(ноутбук), предназначенные для работы от автономной батареи.

Рис.1. Персональный компьютер в минимальной конфигурации.

Внутри системного блока располагаются:

  • источник питания,

  • материнская (системная) плата

  • процессор,

  • внутренняя память,

  • жесткий диск,

  • накопитель гибких дисков.

В системном блоке современных ПК почти всегда присутствуют также:

  • накопитель CD–ROM,

  • звуковая карта,

  • сетевая карта.

Структурная схема ПК представлена на рис 2.

Процессор

Внутренняя память

Устройства

регистры

АЛУ

УУ

ОЗУ

ПЗУ

Ввода-вывода

С и с т е м н а я ш и н а

Рис.2. Структурная схема ПК.

1. Процессор

Процессор– это «мозг» любого компьютера. Процессор производит все вычисления (арифметические и логические операции), взаимодействует с памятью и осуществляет управление всеми компонентами ПК. Таким образом, процессор включает в себя следующие части:

  • арифметико-логическое устройство (АЛУ),

  • устройство управления (УУ).

  • внутренние регистры – ячейки памяти внутри кристалла процессора, предназначенные для хранения промежуточной информации.

Важнейшими характеристиками процессора, определяющими его производительность (количество операций в единицу времени) являются: тактовая частота, разрядность, объем адресуемой памяти.

Тактовая частота определяет скорость выполнения операций в процессоре. При повышении тактовой частоты увеличивается производительность процессора. Современные процессоры имеют тактовые частоты 400-1000 МГц и более.

Разрядность обрабатываемых данных – количество бит информации, одновременно вводимой в процессор и выводимой из него. Чем больше разрядность, тем больше информации может обработать процессор в единицу времени. Разрядность современных процессоров – 32 и 64 бит.

Объем адресуемой памяти (адресное пространство)– максимальное число ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано процессором. Т.к. современные процессоры имеют размер шины адреса 32 бита, то объем адресуемой памяти у них 4 Гбайт.

Аппаратное обеспечение компьютера (стр. 1 из 2)

К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств.

Персональный компьютер — универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости. Тем ни менее существует понятие базовой конфигурации. В настоящее время базовая конфигурация состоит из 4 составляющих

1. системный блок

2. монитор

3. клавиатура

4. мышь.

Системный блок

Системный блок — основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называются внутренними, а подключаемые к нему снаружи — внешними и периферийными. Основной характеристикой корпуса системного блока является параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования, предъявляемые к размещаемым устройствам. Форм-фактор системного блока обязательно должен быть согласован с форм-фактором главной (системной, материнской) платы. В настоящее время наиболее распространенны корпуса с форм-фактором ATX. Корпуса поставляются вместе с блоком питания.

Внутренние устройства системного блока

Материнская плата — основная плата компьютера. На ней размещаются:

1. процессор — основная микросхема, выполняющая арифметические и логические операции — мозг компьютера. Процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Часть регистров являются командными, то есть такими, которые воспринимают данные как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Управляя засылкой данных в разные регистры, можно управлять обработкой данных. На этом основано исполнение программ. С остальными устройствами процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Адресная шина состоит из 32 параллельных проводников(32-разрядная). По ней передаются адреса ячеек оперативной памяти. К ней подключается процессор для копирования данных из ячейки ОП в один из своих регистров. Само копирование происходит по шине данных. В современных компьютерах она, как правило, 64-разрядная, т.е. одновременно на обработку поступает 8 байт. По командной шине передаются команды из той области ОП, в которой хранятся программы. В большинстве современных компьютеров командная шина 32-разрядная, но есть уже и 64-разрядные.

2. Основными характеристиками процессора являются разрядность, тактовая частота и кэш-память. Разрядность указывает, сколько бит информации процессор может обработать за один раз (один такт). Тактовая частота определяет количество тактов за секунду, например, для процессора выполняющего около 3 миллиардов тактов за секунду тактовая частота равна 3 Ггц/сек. Обмен данными внутри процессора происходит быстрее, чем с оперативной памятью. Для того, чтобы уменьшить число обращений к ОП, внутри процессора создают буферную область — кэш-память. Принимая данные из ОП, процессор одновременно записывает их в кэш-память. При последующем обращении процессор ищет данные в кэш-памяти. Чем больше кэш-память, тем быстрее работает компьютер.

3. микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.

4. шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами .

5. оперативная память — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных

Оперативная память(RAM — random access memory) — массив ячеек, способных хранить данные. память может быть динамической и статической. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, накапливающих электрический заряд. Динамическая память является основной оперативной памятью компьютера. Ячейки статической памяти представляют собой тригеры — элементы в которых хранится не заряд, а состояние (включен/выключен). Этот вид памяти более быстрый, но и более дорогой и используется в т.н. кэш-памяти, предназначенной для оптимизации работы процессора. Оперативная память размещается на стандартных панельках (модулях, линейках). Модули вставляются в специальные разъёмы на материнской плате.

6. ПЗУ — постоянное запоминающее устройство. В момент включения компьютера его оперативная память пуста. Но процессору, чтобы начать работать, нужны команды. Поэтому сразу после включения на адресной шине выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно. Этот адрес указывает на ПЗУ. В ПЗУ находятся «зашитые» программы, которые записываются туда при создании микросхем ПЗУ и образуют базовую систему ввода-вывода(BIOS — Base Input/Output System). Основное назначение этого пакета — проверить состав и работоспособность базовой конфигурации компьютера и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жёстким диском и дисководом гибких дисков.

7. разъёмы для подключения дополнительных внутренних устройств (слоты).

Жёсткий диск

Жёсткий диск — устройство для долговременного хранения больших объёмов данных и программ.

На самом деле, это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Над поверхностью каждого диска располагается головка чтения-записи. При высоких скоростях вращения возникает аэродинамическая подушка между поверхностью диска и головкой. При изменении силы тока, протекающего через головку, меняется напряженность магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение магнитного поля ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись на диск. Чтение происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы наводят в головке ЭДС самоиндукции, возникают электромагнитные сигналы, которые усиливаются и передаются на обработку. Управление работой жёсткого диска осуществляется специальным устройством — контроллером жесткого диска. Функции контроллера частично вмонтированы в жёсткий диск, а частично находятся на микросхемах чипсета. Отдельные виды высокопроизводительных контроллеров поставляются на отдельной плате.

Дисковод гибких дисков

Для оперативного переноса небольших (до 1.4Мб) объёмов информации используются гибкие диски, которые вставляют в специальный накопитель — дисковод.

Дисковод для компакт-дисков CD или DVD

Принцип действия устройства CD состоит в считывании(записи) данных, с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. При этом плотность записи, по сравнению с магнитными дисками, очень высокая. На стандартный CD-диск можно записать до 650Мб. Появление формата DVD ознаменовало собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc, т.е. универсальный цифровой диск — более логична. Снаружи, диски DVD выглядят как обычные диски CD-ROM. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска или CD-ROM, диски DVD стали огромным скачком в области емкости для хранения информации, по сравнению со своим предком, вмещающим 650MB данных. Стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4.7GB данных. Но это не предел — DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8.5GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17GB.

Видеокарта

Совместно с монитором видеокарта образует видеосистему компьютера. Видеокарта(видеоадаптер) выполняет все операции, связанные с управлением экраном монитора и содержит видеопамять в которой хранятся данные об изображении.

Звуковая карта

Звуковая карта выполняет операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через колонки (наушники), подключаемые к выходу звуковой карты. Имеется также разъём для подключения микрофона. Основным параметром ЗК является разрядность, Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем лучше звучание.

Порты (каналы ввода — вывода)

На задней стенке корпуса современных ПК размещены (точнее могут размещаться) следующие порты :

Game — для игровых устройств (для подключения джойстика)

VGA — интегрированный в материнскую плату VGA – контроллер для подключения монитора для офисного или делового ПК

COM — асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1—СОМЗ). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.

PS/2 – асинхронные последовательные порты для подключения клавиатура и манипулятора мышь

LPT — параллельные (обозначаемые LPT1—LPT4), к ним обычно подключаются принтеры

USB — универсальный интерфейс для подключения 127 устройств (этот интерфейс может располагаться на передней или боковой стенке корпуса)

IEЕЕ-1394 (FireWire) — интерфейс для передачи больших объемов видео информации в реальном времени (для подключения цифровых видеокамер, внешних жестких дисков, сканеров и другого высокоскоростного оборудования). Интерфейсом FireWire оснащены все видеокамеры, работающие в цифровом формате. Может использоваться и для создания локальных сетей.

Аппаратное обеспечение — это… Что такое Аппаратное обеспечение?

Аппара́тное обеспе́чение[1] (допустимо также произношение обеспече́ние[2][3][4]), аппаратные средства, компьютерные комплектующие, жарг. железо (англ. hardware) — электронные и механические части вычислительного устройства, входящих в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы[5].

Распространение компьютеров

Большое число компьютеров встроено в другие устройства, например, в бытовую технику, медицинское оборудование, сотовые телефоны. Лишь малая часть компьютеров (около 0,2 % всех компьютеров, произведённых в 2003 году) — это настольные и мобильные персональные компьютеры.

Персональный компьютер

Типовой персональный компьютер состоит из корпуса и следующих частей:

  • материнская плата, на которой установлен центральный процессор (CPU) включая систему охлаждения, оперативную память и другие части, а также слоты расширения
  • Блок питания
  • Контроллеры устройств хранения — IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения. К контроллерам подключены жёсткий диск (винчестер), привод гибких дисков, CD-ROM и другие устройства.
  • Накопители на сменных носителях
    • Приводы оптических дисков
    • привод гибких дисков
    • стример
  • Устройства хранения информации
  • Видеоконтроллер (встроенный или в виде платы расширения — см. графическая плата), передающий сигнал на монитор
  • Звуковой контроллер (см. звуковая плата)
  • Сетевой интерфейс (см. сетевая плата)

Кроме того, в аппаратное обеспечение также входят внешние компоненты — периферийные устройства:

См. также

Ссылки

Литература

Аппаратное обеспечение Википедия

Аппара́тное обеспече́ние[1][2][3][4], аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо», (англ. hardware) — электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы[5]. К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств. Персональный компьютер — универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости.

Компьютер

Аппаратное обеспечение вычислительных систем — обобщённое название оборудования, на котором работают компьютеры и сети компьютеров.

К аппаратному обеспечению обычно относят:

Некоторая часть задач, выполняемая аппаратным обеспечением может быть выполнена частично или полностью с помощью программной эмуляции, например, в персональных компьютерах часто используется программная реализация протоколов связи модемов, программная эмуляция функций отрисовки 3D изображений. Обычно перенос выполняемой задачи из аппаратной части в программную уменьшает стоимость оборудования, но увеличивает нагрузку на центральный процессор.

В случае существенной нагрузки на процессор определённого рода задачами, для повышения производительности производят обратную операцию: аппаратно реализуют часть алгоритма, уменьшая участие процессора в выполнении алгоритма.

Примеры аппаратной реализации алгоритмов, которые могли бы быть реализованы программно:

Персональный компьютер

Внутри системного блока персонального компьютера

Обычный персональный компьютер состоит из системного блока, состоящего из шасси и периферийных устройств.

В состав системного блока входят:

  • материнская плата
    • центральный процессор
    • BIOS
    • кулер
    • оперативная память и кэш
    • слоты расширения шин — PCI, PCI-E, USB, FireWire, AGP (устарела), ISA (устарела), EISA (устарела)
    • контроллеры устройств — хранения: IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения.
    • видеоконтроллер (встроенный или в виде отдельной платы), передающий сигнал на монитор
    • звуковой контроллер
    • сетевой интерфейс (сетевая плата)
  • блок питания
  • система охлаждения — необходима в случае установки блоков, имеющих повышенное тепловыделение.

Через контроллеры к материнской плате при помощи шлейфов кабелей, сигнальных и питания, подключены жёсткий диск (их так же можно объединить в RAID-массив), SSD, накопитель на гибких дисках, оптический накопитель типа CD-ROM и другие устройства.

Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства:

Архитектура

Под архитектурой аппаратного обеспечения компьютера понимаются внутренние компоненты компьютера и подключенные к нему устройства ввода (как компьютерная мышь и клавиатура) и устройства вывода (монитор). Внутренние компоненты компьютера вместе представляют собой вычислительное и управляющее устройство, объединённое шиной. Более распространены обозначения процессор, оперативная память и жесткий диск. Шина соединяет отдельные компоненты в сложную систему, так как без шины разрозненные детали не смогли бы функционировать. Процессор или ЦПУ определяет основную скорость работы компьютера. Требования к тактированию ЦПУ и собственной мощности процессора постоянно увеличиваются, так как и предъявляемые к технике требования тоже растут. Программное обеспечение, которое позже устанавливается на компьютер, требует все большей мощности процессора.

Термин архитектура распространяется на устройство комплектной системы, так как отдельные компоненты должны быть друг с другом согласованы, чтобы гарантировать бесперебойное протекание процесса. В противном случае в будущем это приведёт к проблемам с компьютером. Если элемент не подходит к другим компонентам, то они так же не могут потреблять полную мощность. Отдельные составные блоки, такие, как процессор, оперативная память или шина, при сборке корпуса должны составлять одно целое. Иначе подключенное к процессору программное обеспечение не сможет выполнять свои задачи в полной мере и обращение с компьютером будет усложнено.

См. также

Примечания

Ссылки

Аппаратное и программное обеспечение компьютера

Свое название компьютер получил от английского слова «compute», которое переводится как «вычислять». Действительно, первоначально компьютер создавался для осуществления сложных вычислений, однако это не единственное его назначение. Сейчас на компьютере можно рисовать, создавать музыку, верстать тексты, смотреть фильмы, играть и делать множество других полезных и не очень полезных дел. За счет чего компьютер имеет столь широкую область применения? За счет того, что его можно программировать, т.е. задавать компьютеру программы.

Программа – информация о том, какие команды и в каком порядке необходимо выполнять.

Сам по себе компьютер – это всего лишь инструмент для выполнения программ. Компьютер умеет делать то и только то, что записано в программе. Именно за счет использования программ компьютер является таким универсальным: если необходимо использовать компьютер в какой-то новой области, то не обязательно менять его устройство, достаточно изменить программу. В этом и состоит главное отличие компьютера от других приборов.

Разумеется, возможности компьютера не безграничны, они зависят и от устройства компьютера. Если в программе записана команда «издать звук», а компьютер не имеет звуковоспроизводящей аппаратуры, то звук он не издаст. С другой стороны, компьютер без программ также бесполезен, как пистолет без патронов или радиоприемник без радиостанций. Таким образом, можно сказать, что компьютер имеет две важные составляющие: аппаратуру и программы. Для полноценного функционирования необходимо обеспечить компьютер и тем, и другим.

Аппаратное обеспечение компьютера – это набор устройств, из которых состоит компьютер, и тех, которые могут быть к нему подключены.

По-английски аппаратное обеспечение называется hardware («твердое изделие»). На профессиональном сленге его называют «железом». Те устройства, из которых состоит компьютер (например, процессор), обычно называют комплектующими, а те устройства, которые к нему подключены (например, принтер), называют периферийными устройствами.

Программное обеспечение компьютера – совокупность программ, написанных для компьютера.

По-английски программное обеспечение называется software («мягкое изделие»). Некоторые программы необходимо просто запустить, и они работают без какого-либо участия пользователя. Такие программы называют автоматизированными. Другие же программы наоборот, поддерживают диалог с пользователем, задавая ему вопросы и выполняя его команды. Такие программы называют интерактивными (от англ. interactive – взаимодействующий, воздействующий друг на друга). Подавляющее множество программ, с которыми Вам предстоит иметь дело, в том числе текстовые и графические редакторы, компьютерные игры и многие другие, являются интерактивными.

    1. Классификация аппаратного обеспечения

Математик Джон фон Нейман, которого считают одним из отцов компьютерной техники, еще в середине XX века разработал основные принципы построения вычислительных машин. По утверждению фон Неймана, в состав вычислительной машины должны входить такие устройства:

  • арифметическое устройство;

  • устройство управления;

  • запоминающее устройство;

  • устройство ввода данных;

  • устройство вывода результатов.

Так как большинство компьютеров построено на основе «фон-неймановской архитектуры», практически каждый компьютер обладает этими устройствами. Рассмотрим функции каждого из них.

Leave a comment