Изучение компонентов персонального компьютера и основ их взаимодействия, сборка компьютера под пользовательские задачи

Содержание:

Введение.

В современном мире компьютеры в жизни человека встречаются всё чаще. Персональными компьютерами пользуются люди самых разных профессий – военные, инженеры, врачи, бухгалтеры, программисты и так далее. Компьютеры управляют станками, производственные процессы во многих организациях организованы с применением вычислительной техники. Сейчас вы редко встретите человека, который бы не работал с компьютером для решения рабочих задач. Таким образом, актуальность данной работы обусловлена тем, что полученные в ходе написания курсовой знания помогут собрать компьютер, с помощью которого пользователь будет быстрее и эффективнее решать задачи.

Целью данной работы является изучение компонентов персонального компьютера и основ их взаимодействия, сборка компьютера под пользовательские задачи.

Задачи:

1. Изучение компонентов, подбор наиболее оптимальных конфигураций.
2. Исследование рынок, основных потребностей пользователя.
3. Применение полученных знаний.

Объектом здесь выступает персональный компьютер, а предметом являются основные принципы построения ПК.

Как максимально эффективно применить полученные знания при последующей сборке компьютера? Ответ на этот вопрос будет дан в рамках данной курсовой работы.

1.Теоретическая часть.

1.1 Устройство PC (Hardware).

Современный персональный компьютер (далее PC, от англ. Personal Computer) состоит из двух основных частей: аппаратной (Hardware) и программной (Software).

Рассмотрим аппаратную часть, изображенную на рисунке 1:

Рис.1 Составляющие современного PC.

Системный блок (3) включает в себя ряд компонентов:

Центральный процессор (англ. CPU, Central Processing Unit) – основной элемент любого современного PC. CPU является своего рода «мозгом», отвечающим за обработку входящей информации и различные вычисления.

Первый в мир CPU был создан фирмой Intel 15 ноября 1971 году. Intel 4004 был предназначен для использования в микрокалькуляторах. Позднее все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров, за исключением мелкосерийных, предназначенных для т.н. суперкомпьютеров и военных компьютеров. С этого момента прошло несколько десятилетий и в течение этого времени мощность микропроцессоров удваивалась каждый год, что повлекло за собой скачок в развитии электроники и вычислительной техники одновременно с уменьшением её размеров. Ученые назвали это явление «Законом Мура».

Материнская плата (англ. Motherboard) – один из основных элементов PC, объединяющий в себе множество систем и позволяющий путем шинно-модульной архитектуры объединить все компоненты системы. Так же материнская плата содержит ряд контроллеров, разъемов и слотов расширения, таких как PCI, PCI-e, M2 и т.д.

Кроме того, на материнской плате располагается т.н. чипсет (от англ. chipset) – набор микросхем, выполняющих функцию связующего моста, обеспечивающего взаимодействие всех компонентов.

Современные материнские платы представлены в нескольких форматах (на рисунке 2 изображены форм-факторы современных материнских плат):

• ATX - это наиболее популярный типоразмер, имеет средние габариты.
• E-ATX - расширенный функционал и дополнительные возможности, однако, зачастую имеют больший размер по сравнению с ATX.
• micro-ATX / mini-ATX - компактные материнские платы для небольших настольных PC.
• SSI CEB - построение высокопроизводительных станций и серверного оборудования.

Рис.2 Форм-факторы современных материнских плат.

Системная шина – это основной интерфейсный элемент PC, обеспечивающий связь всех компонентов между собой.

Оперативная память или ОЗУ (англ. RAM - Random Access Memory) – устройство, предназначенное для хранения данных, обрабатываемых процессором во время работы PC.

Изначально модули RAM имели объем от 1 до 512 Мб. Однако, со временем технологии развились и в настоящее время один модуль RAM может иметь 32 и более Гб, а количество таких модулей в отдельно взятом PC может достигать 8. На рисунке 3 изображена схема взаимодействия RAM и CPU.

Рис.3 Схема взаимодействия RAM и CPU.

Жесткий диск (англ. HDD – Hard Disk Drive, либо SSD – Solid State Drive) – устройство, предназначенное для постоянного хранения информации. Так же на жесткий диск устанавливается операционная система, программы и приложения. Основными характеристиками жестких дисков являются объем памяти (измеряется в гигабайтах (GB)) и скорость чтения\записи (измеряется в мегабайтах в секунду (Mb/s)). На рисунке 4 в виде схемы указаны разновидности жестких дисков – HDD и SSD и интерфейс подключения.

Рис.4 Разновидности жестких дисков

Видеоадаптер (англ. GPU - Graphics Processing Unit) – устройство, предназначенное для обработки изображения, трехмерной графики, сложных графических объектов и вывода информации на дисплей. Чаще всего представлен в виде отдельного модуля, но некоторые модели CPU могут иметь встроенные видеоадаптеры. Наиболее важными характеристиками являются объем памяти, тактовая частота и модель графического ядра (чем современнее, тем лучше).

Современные графические адаптеры в основном производятся компаниями NVidia и AMD и представлены на рынке в большом ассортименте, что позволяет выбрать наиболее подходящую модель.

Рис.5 Современный видеоадаптер.

На данной схеме пронумерованы следующие элементы:

1. Разъем питания.
2. Контроллер системы охлаждения GPU.
3. Чипы памяти GDDR5/GDDR6 (наиболее современные чипы на текущий момент).
4. Коннектор PCE – E для установки на материнскую плату.
5. Разъемы подключения дисплея (поддержка до 4х дисплеев одновременно).
6. Графический процессор.

Блок питания – устройство, предназначенное для снабжения всех компонентов системы необходимым количеством энергии. Основной характеристикой блоков питания является мощность, измеряемая в ваттах, а также устойчивость к скачкам напряжения, обеспечиваемая защитными механизмами.

Внутренний динамик (англ. PC Speaker) – устройство, предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Вначале загрузки компьютера происходит проверка оборудования, по результатам которого подается звуковой сигнал. Ниже приведена таблица звуковых сигналов.

Таблица 1. Значения сигналов динамика

Протяжённость и количество гудков	Значение сигналов
1 короткий	Все блоки функционируют нормально
2 коротких	Ошибка связана с монитором
Нет гудков	Неисправность источника питания или системной платы
Непрерывный гудок	Неисправность источника питания или системной платы
Повторяющиеся короткие гудки	Неисправность источника питания или системной платы
1 длинный и 1 короткий	Неисправность системной платы
1 длинный и 2 коротких	Неисправность видеокарты
1 длинный и 3 коротких	Неисправность видеокарты

1.2 Дополнительные компоненты и устройства периферии.

Кроме основных компонентов для PC также необходимы устройства ввода информации - мышь, клавиатура, а также устройства записи и воспроизведения звука и изображения (микрофон, аудиосистема).

Мышь и клавиатура - манипуляторы для ввода информации, необходимые для работы в графическом интерфейсе операционной системы и большинства современных программ.

Дисплей/монитор – устройство, необходимое для вывода графической информации. Основной характеристикой мониторов является частота обновления, которая в большинстве случаев не превышает 60 Hz. Так же важным параметром является диагональ экрана и поддерживаемое максимальное разрешение (чаще всего 1920 х 1080 точек на дюйм).

Сканер/принтер/МФУ – устройства, предназначенные для:

• Создания электронной копии документа/изображения (Сканер).
• Вывода информации из системы на бумагу (Принтер).
• Устройство, сочетающее в себе функции принтера, сканера (МФУ).

Модем – устройство, позволяющее PC подключаться к мировой сети Internet посредством проводного либо беспроводного подключения. Главной характеристикой данного устройства является пропускная способность, измеряемая в битах в секунду (bps). Сегодня широко распространены модемы и маршрутизаторы с пропускной способностью 100 Mb/s.

1.3 Программная часть (Software)

BIOS. Современные компьютерные системы имеют предустановленную программную оболочку, называемую BIOS (от англ. Base Input/Output System). Данный набор программ предназначен для аппаратной части и подключенных периферийных устройств.

BIOS позволяет произвести диагностику и различные настройки аппаратной части PC перед загрузкой операционной системы и выявить возможные неисправности.

В настоящее время данный набор программ имеет графическую оболочку EFI BIOS, что значительно упрощает первоначальную и последующую настройку PC до загрузки операционной системы.

Операционная система или ОС (англ. Operating System, OS) – комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами PC и организации взаимодействия с пользователем. В большинстве вычислительных систем ОС является основной частью программного обеспечения. С середины 90-х годов наиболее распространенной ОС является Microsoft Windows различных версий.

Благодаря технологическому прогрессу, современные персональные компьютеры в большинстве случаев обладают компактными размерами и высоким показателем. От правильного выбора компонентов и их настройки напрямую зависит быстродействие PC и его способность решать поставленные задачи.

2. Аналитическая часть.

2.1 Подробный разбор компонентов.

В данной главе мы более подробно рассмотрим актуальные на данный момент компоненты, их технические характеристики, принципы взаимодействия и способы построения высокопроизводительных систем для различных задач, как для офисных, так и мультимедийно-игровых.

2.1.1 Материнская плата.

Начнем с неё т.к. именно она является «базой», на которой собирается система и именно от характеристик материнской платы зависит выбор остальных комплектующих.

Материнская плата представляет собой печатную плату, на которой расположены контроллеры CPU, RAM, Chipset, а также контроллеры интерфейсов ввода – вывода. Кроме того, мат. плата содержит контроллеры для плат расширения PCI, PCI-e, а также USB порты для подключения внешних устройств расширения.

Основными компонентами, расположенными на мат. плате, являются:

• CPU, имеющий определённый формат посадочного места, называемый «сокетом».
• Chipset – набор микросхем, обеспечивающих работу CPU и RAM и контроллеров для различных периферийных устройств. Чипсет, в свою очередь строится на базе двух т.н. мостов: «северного» и «южного».

Северный мост (англ. Northbridge) – обеспечивает взаимодействие CPU и шин с высокой пропускной способностью для RAM и GPU устройств. Таким образом определяется максимально допустимый объем RAM, а также подключение графического контроллера посредством шины PCI-e.

Южный мост (англ. Southbridge) – включает контроллеры периферийных устройств – HDD/SSD, аудиоустройств и Ethernet-порта, а также контроллеры для подключения устройств, не нуждающихся в большой пропускной способности.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит набор программного обеспечения, используемого при включении и сразу после включения PC. Чаще всего в ПЗУ содержится BIOS либо его разновидность UEFI.

2.1.2 Блок питания (БП)

предназначен для снабжения всех компонентов PC электроэнергией, стабилизации напряжения, защиты от помех. Имеет на борту один или более вентилятор (кулер), необходимый для охлаждения самого блока питания. Основной характеристикой БП является его мощность - современные БП имеют от 350 до 2000 Вт.

Блоки питания имеют различные стандарты подключения: AT, BTX, ATXv1, ATX12v2.0. На сегодняшний день широко распространен стандарт ATX12v2.0 (24 контактный), в то время как остальные считаются устаревшими.

На рисунке 6 показан ATX12v2.0 стандарт разъема.

Рис.6 ATX12v2.0 стандарт разъема.

2.1.3 Центральный процессор (CPU).

Современные процессоры выпускаются в виде отдельных чипов – микросхем. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Важнейшие этапы этого процесса:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса, и отдаёт памяти команду чтения;
2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;
3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;
4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;
5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм полезной работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки аппаратного прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Главным элементов микропроцессора является «ядро» - кристалл микропроцессора, кремниевый чип, являющийся непосредственно процессором. На сегодняшний день процессоры в большинстве имеют сразу несколько физических ядер в одном корпусе.

Так же каждое физическое ядро содержит одно или несколько логических ядер. Например, процессор Intel Core Duo содержит одно физическое ядро, разделённое на два логических. Отсюда вытекает термин «многопоточность» (англ. hyper-threading, HT) – способность процессора хранить сразу несколько потоков (обычно прямо пропорционально числу ядер процессора), что позволяет существенно увеличить количество обрабатываемых команд процессором и повысить общую производительность системы, сократив общее время выполнения одной операции. Технология многопоточности была впервые применена в процессорах Intel Xeon в 2002 году, в дальнейшем была добавлена во все последующие модели.

На данный момент доступны в широком ассортименте модели CPU, содержащие до 8(Intel Core i9 9900k, lga1151v2, AMD Ryzen 7 2700x AM4, а иногда и до 16 ядер (AMD Ryzen Threadripper TR4, Intel Core i9 Skylake – x Refresh), однако цены на них довольно высоки. На рисунке 7 показан принцип работы технологии hyper-threading (HT).

Рис.7 Принцип работы технологии hyper-threading (HT).

2.1.4 Оперативная память.

Часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором, называется оперативной памятью.

На сегодня наибольшее распространение имеют два вида ОЗУ:

• динамическая память (DRAM).
• статическая память (SRAM).

DRAM

SRAM

Экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариантах два конденсатора). Такой вид памяти, во-первых, дешевле (один конденсатор и один транзистор на 1 бит дешевле нескольких транзисторов триггера), и, во-вторых, занимает меньшую площадь на кристалле (там, где в SRAM размещается один триггер, хранящий 1 бит, можно разместить несколько конденсаторов и транзисторов для хранения нескольких бит).

Использует в виде метода хранения информации переключатели (статические триггеры). Триггером называют элемент на транзисторах, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний (0 и 1), а по внешнему сигналу он способен менять состояние. Таким образом, триггер может служить ячейкой памяти, хранящей один бит информации. Этот тип памяти не нуждается в перезарядке в отличие от конденсаторной (DRAM), поэтому работает быстрее.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на той же площади кремниевого кристалла разместить больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже.

Статическая память, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим основную оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кэш-памяти внутри микропроцессора.

2.1.5 Видеокарта.

Устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора, называется видеокартой.

Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в разъём расширения, универсальный (ISA, VLB, PCI, PCI-Express) или специализированный (AGP), но бывает и встроенной (интегрированной).

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который может производить основную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера. Этот процессор играет огромную роль при обработке видео.

Видеокарта состоит из следующих частей:

1. Графический процессор (графическое процессорное устройство) — занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности
2. Видеопамять — выполняет роль буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа GDDR4 и GDDR5, ожидается так же выход GDDR6 приблизительно к 2022 году. Кроме того, одновременно с видеопамятью, находящейся на видеокарте, современные GPU также используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером GPU через шину PCIE.
3. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, англ. RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) - служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока — три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цвет (красный, зелёный, синий, RGB), и SRAM для хранения данных коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал — получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн. цветов.
4. Система охлаждения - предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

Основными характеристиками GPU являются:

• Ширина шины памяти, измеряется в битах - количество бит информации, передаваемой за такт.
• Объём видеопамяти, измеряется в мегабайтах - объём встроенной оперативной памяти видеокарты.
• Частоты ядра и памяти - измеряются в мегагерцах, чем больше, тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию.
• Техпроцесс - технология изготовления микросхем, измеряется в нанометрах. Современные микросхемы выпускаются по техпроцессу 14нм и 10нм. Ожидается переход на 7нм техпроцесс. Чем меньше данный параметр, тем больше элементов можно уместить на кристалле микросхемы.
• Выводы карты - первоначально видеоадаптер имел всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). В настоящее время платы оснащаются тремя - пятью разъёмами DVI или HDMI, либо Display Port. 

2.1.6 Жесткий диск (HDD, SSD, SSDM2).

Жестким диском называют устройства для хранения, чтения и записи информации. Основное средство накопления данных и их хранения в современных компьютерах.

Так же жесткий диск называют «винчестером». Название «винчестер» (англ. Winchester) накопитель получил благодаря работавшему в фирме IBM инженеру Кеннету Хотону, благодаря которому в 1973 году был выпущен жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке использовалось краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 МБ каждый. Это название случайно совпало с обозначением винтовки «Winchester Model 1894», использующей винтовочный патрон «30-30 Winchester».

Основными характеристиками жестких дисков являются:

• Емкость – количество данных, которые носитель может вместить. Измеряется в гигабайтах (GB). Современные жесткие диски формата HDD могут иметь емкость до нескольких тысяч гигабайт, например, Western digital WD Blue Desktop 2TB имеет заявленную емкость 2000Гб.
• Форм фактор (физический размер) – почти все современные жесткие диски имеют стандартный форм фактор 3.5 дюйма либо 2.5 дюйма (для SSD). Данная стандартизация позволяет без труда установить жесткий диск в любой доступный корпус.
• Скорость вращения шпинделя - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10000 (персональные компьютеры), 10000 и 15000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).
• Количество операций ввода-вывода в секунду - у современных дисков это около 50 оп/сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп/сек при последовательном доступе.

Классические HDD представляют собой блок магнитных пластин, данные с которых считываются при помощи специальной головки, ближайшим аналогом данного принципа является музыкальный проигрыватель виниловых пластинок. Такая конструкция имеет сравнительно небольшой срок службы и повергается большему износу. На рисунке 8 изображено строение жесткого диска типа HDD.

Рис. 8. Строение жесткого диска типа HDD.

В настоящее время набирают популярность т.н. SSD и M.2, которые обладают значительно меньшим объемом, но гораздо большей скоростью доступа к данным и долее долгим сроком службы за счет отсутствия подвижных элементов. SDD и M.2 представляют собой набор микросхем использующих NAND Flash память, которая, в свою очередь подразделяется на несколько типов:

• SLC (single – level cell) - это уже устаревший тип памяти, в котором использовались одноуровневые ячейки памяти для хранения информации (перевод на русский язык звучит как «Одноуровневая ячейка»). То есть, в одной ячейки хранился один бит данных. Подобная организация хранения данных позволяла обеспечить высокую скорость и огромный ресурс перезаписи. Так, скорость чтения достигает 25 мс, а количество циклов перезаписи — 100000. Однако, несмотря на свою простоту, SLC является очень дорогим типом памяти
• MLC (multi - level cell) - В отличии от SLC, здесь используются двухуровневые ячейки, которые хранят по два бита данных. Скорость чтения-записи остается на высоком уровне, однако выносливость значительно снижается. Если говорить языком цифр, то здесь скорость чтения составляет 25 мс, а количество циклов перезаписи — 3000. Также этот тип является и более дешевым, поэтому он используется в большинстве твердотельных накопителях.
• TLC (triple level cell) - Относительно двух предыдущих, этот тип является более дешевым и в настоящее время встречается достаточно часто в бюджетных накопителях. Этот тип является более плотным, в каждой ячейке здесь хранится по 3 бита. В свою очередь, высокая плотность приводит к снижению скорости чтения/записи и снижает выносливость диска. В отличии от других типов памяти, скорость здесь снизилась до 75 мс, а количество циклов перезаписи — до 1000.

На рисунке приводится сравнение характеристик SSD с разным типом памяти.

Рис.9 Сравнение характеристик SSD с разным типом памяти.

Стоит отметить, что и HDD и SSD подключаются к материнской плате при помощи проводных интерфейсов SATA, в то время как M.2 подключается непосредственно в специальный разъем, что так же влияет на скорость чтения и записи, а так же обмена данными.

На рисунке 10 приведены результаты тестов скорости чтения/записи HDD и SSD.

Рис.10 Показатели тестов HDD и SSD

При операциях чтения (read)

• HDD медленнее в 94 раза (0.68 МБ/с против 63.6 МБ/с), по сравнению с SSD
• HDD медленнее в 53 раза (0.36 МБ/с против 19 МБ/с), по сравнению с SSD

При операциях — записи (write)

• HDD медленнее в 178 раз (0.78 МБ/с против 139 МБ/с), по сравнению с SSD
• HDD медленнее в 86 раз (0.64 МБ/с против 55 МБ/с), по сравнению с SSD

При всех очевидных преимуществах, SSD и M.2 накопители обладают ощутимо меньшим размером и отсутствием шума, однако их стоимость может превышать стоимость обычных HDD дисков в два и более раза.

2.1.7 Периферийные устройства и устройства ввода – вывода информации.

Монитор, дисплей - интерфейс системы «человек - аппаратура - человек». Преобразует цифровую и (или) аналоговую информацию в видеоизображение.

ЭЛТ (Электронно-лучевая трубка), кинескоп - электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.

В строгом смысле, электронно-лучевыми трубками называют ряд электронно-лучевых приборов, одним из которых является кинескоп.

Принципы устройства:

• Электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;
• Экран, покрытый люминофором - веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
  • Отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.

ЖК (Жидкокристаллический дисплей, ЖКД, ЖК-монитор, англ. liquid crystal display, LCD, плоский индикатор) - плоский монитор на основе жидких кристаллов.

LCD TFT (англ. TFT - Thin Film Transistor, тонкоплёночный транзистор) - одно из названий жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпикселя применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

OLED (Organic Light-Emitting Diode (Органический светодиод) - органический светодиод) - полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев.

Клавиатура - устройство, представляющее собой набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук.

Многие современные компьютерные клавиатуры, помимо стандартного набора из ста четырёх клавиш, снабжаются дополнительными клавишами (как правило, другого размера и формы), которые предназначены для упрощённого управления некоторыми основными функциями компьютера:

• Управление громкостью звука: громче, тише, включить или выключить звук.
• Управление лотком в приводе для компакт-дисков: извлечь диск, принять диск.
• Управление аудио-проигрывателем: играть, поставить на паузу, остановить воспроизведение, промотать аудиозапись вперёд или назад, перейти к следующей или предыдущей аудиозаписи.
• Управление сетевыми возможностями компьютера: открыть почтовую программу, открыть браузер, показать домашнюю страницу, двигаться вперёд или назад по истории посещённых страниц, открыть поисковую систему.
• Управление наиболее популярными программами: открыть калькулятор, открыть файловый менеджер.
• Управление состоянием окон операционной системы: свернуть окно, закрыть окно, перейти к следующему или к предыдущему окну.
• Управление состоянием компьютера: перевести в ждущий режим, перевести в спящий режим, пробудить компьютер, выключить компьютер.

Так как многие из этих функций (управление звуком и воспроизведением звукозаписей, управление компакт-дисками и т. п.) относятся к сфере мультимедиа, то такие клавиатуры часто называются «мультимедийными клавиатурами».

Манипулятор «мышь» (в обиходе просто «мышь» или «мышка») - одно из указательных устройств ввода (англ. «pointing device»), обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером.

Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно - на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В универсальных интерфейсах (например, в оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором - указателем - манипулятором элементами интерфейса.

В дополнение к детектору перемещения, мышь имеет от трех и более кнопок, а также дополнительные элементы управления (колёса прокрутки, потенциометры, джойстики, трекболы, клавиши и т. п.), действие которых обычно связывается с текущим положением курсора (или составляющих специфического интерфейса).

Кроме того, существует множество периферийных устройств таких как принтеры, сканеры, МФУ, манипуляторы типа «трекбол» и «джойстик», различные сенсорные устройства ввода, специальные поверхности для более комфортной работы, веб-камеры, микрофоны, проекторы изображения для проведения презентаций. В данной работе они рассматриваться не будут, так как все эти устройства являются вспомогательными и не влияют на основные аспекты работы персонального компьютера.

3. Практическая часть.

Сегодня на рынке представлен большой ассортимент всевозможных комплектующих, что позволяет применить гибкий подход к построению высокопроизводительных систем, подходящих для различных задач. В данной главе я постараюсь составить «руководство» для сборки персонального компьютера под определенные задачи.

Прежде всего стоит определиться: для чего необходима система, какие задачи она будет выполнять и каких денежных вложений потребует. Для начала стоит выделить три категории персональных компьютеров в зависимости от выполняемых ими задач. Основные задачи представлены в виде схемы на рисунке 11.

Рис.11 Основные задачи персонального компьютера

3.1 Сборка ПК для вычислений и обработки большого количества информации

В первую очередь рассмотрим сегмент персональных компьютеров, предназначенных для сложных вычислений, написания программ, и решения сложных задач в таких областях как экономика на предприятии, научные теоретические и прикладные исследования.

Для большого количества сложных вычислений требуется производительный процессор. Одним из главных требований к процессору здесь будет многопоточность (HT) и хороший показатель базовой частоты. На текущий момент (2 квартал 2019 года) в продаже можно встретить ряд моделей, отлично подходящих для данной задачи. Для поиска комплектующих сравнения характеристик и цен будем использовать одну из популярных интернет площадок. Примеры процессоров среднего ценового сегмента приведены в таблице 2.

Таблица 2. Примеры процессоров среднего ценового сегмента.

Модель	Сокет	Количество ядер/ потоков	Базовая частота, МГц	Цена, руб.
Pentium G4560	LGA1151	2 ядра, 4 потока	3500	от 4000 руб.
Pentium G4600	LGA1151	2 ядра, 4 потока	3600	от 7200 руб.
Pentium G5600	LGA1151	2 ядра, 4 потока	3900	от 7200 руб.
Ryzen 3 1300X	AM4	4 ядра, 8 потоков	3700	от 5500 руб.
Ryzen 5 1400	AM4	4 ядра, 8 потоков	3400	от 6500 руб.
Ryzen 5 1500X	AM4	4 ядра, 8 потоков	3700	от 7600 руб.

Выбирая между производителями процессоров следует помнить, что каждый из них выпускает свои процессоры на разных сокетах, т.е. и материнскую плату нужно выбирать исходя из сокета процессора. Для офисных компьютеров чаще всего используются материнские платы стандарта ATX, т.к. они наиболее распространены на рынке комплектующих.

Таблица 3. Примеры материнских плат среднего ценового сегмента.

Модель	Сокет	Чипсет	Тип памяти	Слоты расширения	Цена, руб.
ASUS PRIME B350-PLUS	AM4	AMD B350	4xDDR4 DIMM 2133-3200 МГц	2xPCI-E x16, 2xPCI-E x1, 2xPCI	6900 руб.
ASUS PRIME H270-PRO	LGA1151	Intel H270	4 слота DDR4 DIMM, 2133-2400 МГц	2xPCI-E x16, 2xPCI-E x1, 2xPCI	6700 руб.
ASUS H110-PLUS	LGA1151	Intel H110	2хDDR4 DIMM, 2133 МГц	1xPCI-E x16, 2xPCI-E x1, 3xPCI	4 295 руб.
ASRock AB350 Pro4	AM4	AMD B350	4xDDR4 DIMM, 2133-3200 МГц	2xPCI-E x16, 4xPCI-E x1	5000 руб.

Выбирая оперативную память следует отталкиваться от характеристик материнской платы, таких как: тип памяти (DDR3, DDR4) количество слотов для установки модулей (2, чаще 4), а также поддерживаемых частот (в нашем случае диапазон 2133-3200 МГц). Для увеличения скорости вычислений, а также повышения стабильности и общей производительности системы следует использовать ОЗУ объемом от 4 до 8 Гб. На текущий момент такой объем является оптимальным для достижения лучшей производительности ПК. Зачастую оперативная память в продаже представлена в виде комплектов по 2 – 4 модуля равного объема (2 модуля по 4 Гб,4 модуля по 4 Гб, 4 модулях по 2Гб). Такое разделение обусловлено т.н. «многоканальным режимом работы», по своему принципу схожем с «многопоточностью» процессоров. В таблице 4 перечислены примеры модулей оперативной памяти среднего ценового сегмента.

Таблица 4. Примеры модулей ОЗУ среднего ценового сегмента.

Модель	Тип памяти	Тактовая частота	Пропускная способность	Количество модулей	Цена
Crucial CT2K4G4DFS632A	DDR4	3200 МГц	25600 МБ/с	2 модуля по 4 ГБ	4200 руб.
Patriot Memory PSD48G2133K	DDR4	2133 МГц	17000 МБ/с	2 модуля по 4 ГБ	3000 руб.
Corsair CMK8GX4M2A2133C13	DDR4	2133 МГц	17000 МБ/с	2 модуля по 4 ГБ	3500 руб.

Далее следует обратить внимание на жесткие диски. Для обработки информации в условиях, где не требуется моментальная загрузка системы и мгновенный доступ к большим объемам информации будет достаточно дисков HDD. В таблице 5 приведен примерный список HDD дисков среднего ценового сегмента.

Таблица 5. Примеры HDD среднего ценового сегмента.

Модель	Емкость	Скорость чтения/записи	Скорость вращения шпинделя	Цена
Western Digital WD Blue Desktop	500 ГБ	150/150 МБ/с	5400 rpm	2500 руб.
Toshiba HDWD110UZSVA	1000 ГБ	196/196 МБ/с	7200 rpm	2 366 руб
Seagate ST1000DM010	1000 ГБ	156/156 МБ/с	7200 rpm	2500 руб.
Seagate ST500DM009	500 ГБ	156/156 МБ/с	7000 rpm	2750 руб.

Любой ПК нуждается в электроэнергии. Блок питания предназначен для снабжения электрическим током всех компонентов компьютера. Он должен быть достаточно мощным и иметь небольшой запас, чтобы компьютер работал стабильно. Кроме того, блок питания должен быть качественным, так как от него сильно зависит срок службы всех компонентов компьютера.

Учитывая приведенные выше примеры, с помощью онлайн калькуляторов можно рассчитать необходимую мощность блока питания. Для решения офисных задач вполне подойдут блоки питания мощностью 400 - 500 Вт. Все современные блоки питания имеют минимум 1 вентилятор для охлаждения внутренних компонентов, стандартный разъем питания мат. платы 24pin, форм фактор ATX, что позволяет без проблем установить блок питания практически в любой корпус. В таблице 6 приведены примеры блоков питания среднего ценового сегмента.

Таблица 6. Примеры блоков питания среднего ценового сегмента.

Модель	Мощность	Цена
ExeGate UN500 500W	500 Вт	1200 руб.
Chieftec GPE-400S 400W	400 Вт	2000 руб.
AeroCool VX Plus 450W	450 Вт	1570 руб.

При выборе видеокарты следует сначала определить необходима ли она. Офисная работа чаще всего не предполагает обработки 3D графики и сложных геометрических объектов. В этой ситуации вполне допустимо использовать встроенный в процессор видеоадаптер (Intel HD Graphics в процессорах Intel и Vega в процессорах AMD).

Корпус для сборки ПК следует выбирать исходя из форм фактора материнской платы. В нашем случае корпус будет иметь форм фактор Midi – Tower, позволяющий без труда расположить все комплектующие. Модель корпуса можно выбирать практически любую, отталкиваясь от стоимости. Практически все современные корпусы форм-фактора Midi-Tower имею стандартный набор отсеков для установки комплектующих, кассету для установки жестких дисков и некоторое количество посадочных мест для установки вентиляторов системы охлаждения.

Таблица 7. Примеры корпусов среднего ценового сегмента.

Модель	Цена
CROWN CMC-SM164 w/o PSU Black	1300 руб.
AeroCool CS-1101 Black	1500 руб.
Компьютерный корпус AeroCool V3X Black Edition Black	1500 руб.

Далее следует обратить внимание на периферийные устройства: монитор, клавиатуру и мышь.

Для решения повседневных задач отлично подходят мониторы с разрешением 1920*1080, TFT TN матрицей и диагональю в диапазоне 19 – 22 дюйма.

Таблица 8. Примеры мониторов среднего ценового сегмента.

Модель	Диагональ экрана	Матрица	Цена
AOC e2270Swn	21.5 дюйма	TFT TN	4 860 руб.
Philips 223V5LSB2	21.5 дюйма	TFT TN	4 890 руб.
Acer V226HQLbid	21.5 дюйма	TFT TN	6 580 руб.

Что касается клавиатуры и мыши, то их можно выбрать абсолютно любые, отталкиваясь от минимальной цены, т.к. от них нам потребуется лишь базовый набор функций.

Таблица 9. Общая стоимость сборки ПК среднего ценового сегмента.

	Модель	Цена
Процессор	Ryzen 3 1300X	5500 руб.
Мат. плата	ASRock AB350 Pro4	5000 руб.
Оперативная память	Corsair CMK8GX4M2A2133C13	3500 руб.
Жесткий диск	Western Digital WD Blue Desktop	2500 руб.
Блок питания	AeroCool VX Plus 450W	1570 руб.
Корпус	CROWN CMC-SM164 w/o PSU Black	1300 руб.
Монитор	Philips 223V5LSB2	4890 руб.
Клавиатура и мышь	Стандартные клавиатура и мышь	1000 руб.
		Итого 25260 руб.

Используя приведенные примеры, мы можем собрать персональный компьютер, хорошо подходящий для повседневной офисной работы, работы с базами данных, таблицами и различными системами учета. Средняя стоимость такого ПК составит 25000 руб. и может варьироваться в зависимости от выбранных компонентов.

3.2 Сборка ПК для обработки 3D графики и мультимедиа.

Если в случае с компьютерами для повседневных можно придерживаться экономии на компонентах и не обращать большого внимания на подробные технические характеристики, выбирая лишь исходя из основных показателей, то в случае с компьютерами, предназначенными для обработки 3D графики, 3D моделирования и мультимедийных задач следует подходить к выбору комплектующих более тщательно. Стоит сразу обозначить, что комплектующие для такого ПК будут значительно дороже, однако предоставляют в разы большую производительность и возможности.

Как и в случае с «офисными» ПК, начнем сборку с процессора и материнской платы, подготавливая, таким образом, базу для дальнейшей сборки.

Таблица 10. Примеры процессоров средне - высокого ценового сегмента.

Модель	Сокет	Количество ядер/ потоков	Частота	Цена
Intel Core i7-8700K	LGA1151 v2	6 ядер/12 потоков	3700 МГц	27000 руб
Intel Core i7-7700K	LGA1151 v2	4 ядер/8 потоков	4200 МГц	25000 руб.
Intel Core i5-8400	LGA1151 v2	6 ядер/6 потоков	2800 МГц	19000 руб.
AMD Ryzen 7 2700X	AM4	8 ядер/16 потоков	3400 МГц	21000 руб.
AMD Ryzen 7 1800X	AM4	8 ядер/16 потоков	3600 МГц	19000 руб.

Более мощные модели процессоров обладают большим количеством ядер и потоков, что позволяет им проводить больший объем вычислений и быстрее обрабатывать поступающие команды.

Выбрав подходящую модель процессора нужно подобрать материнскую плату. Не следует стремиться сэкономить, выбирая самую дешевую из подходящих плат. Чем современнее материнская плата, тем большее количество возможностей и настроек она предоставляет. Наиболее современными и технологичными сейчас являются платы на чипсетах x470, b450 от AMD и z370, b360 от Intel – они поддерживают самые современные технологии и предоставляют пользователю широкий спектр настроек.

Таблица 10. Примеры материнских плат средне - высокого ценового сегмента.

Модель	Сокет	Чипсет	Слоты оперативной памяти	Слоты расширения	Цена
MSI B450 TOMAHAWK	AM4	AMD B450	4хDDR4 DIMM, 1866-3466 МГц 64 ГБ max	2xPCI-E x16, 3xPCI-E x1	8 600 руб.
ASRock Z390 Extreme4	LGA1151 v2	Intel Z390	4хDDR4 DIMM, 2133-4300 МГц 64 ГБ max	3xPCI-E x16, 3xPCI-E x1	11 500 руб.
ASUS ROG STRIX X470-F	AM4	AMD X470	4хDDR4 DIMM, 2133-3600 МГц 64 ГБ max	3xPCI-E x16, 3xPCI-E x1	13 800 руб.
ASUS TUF B360-PRO	LGA1151 v2	Intel B360	4хDDR4 DIMM, 2133-2666 МГц 64 ГБ max	2xPCI-E x16, 4xPCI-E x1	7 600 руб

Далее выбрать оперативную память. Для высокопроизводительного ПК следует установить больший объем оперативной памяти по сравнению с «офисными» ПК. Оптимальными будет считаться 16 гигабайт, однако современные материнские платы поддерживают 32 и более гигабайт.

Таблица 11. Примеры модулей оперативной памяти средне - высокого ценового сегмента.

Модель	Тип памяти	Тактовая частота	Пропускная способность	Количество модулей	Цена
HyperX HX432C18FBK2/32	DDR4	3200 МГц	25600 МБ/с	2 модуля по 16 ГБ	12000 руб.
Corsair CMK32GX4M2A2666C16	DDR4	2666 МГц	21300 МБ/с	2 модуля по 16 ГБ	12500 руб.
G.SKILL F4-3200C16D-32GTZR		3200 МГц	25600 МБ/с	2 модуля по 16 ГБ	17000 руь.

Видеокарта в данной сборке будет основным модулем, отвечающим за обработку 3D графики и работу с мультимедиа.

Таблица 12. Примеры видеокарт средне - высокого ценового сегмента.

Модель	GeForce RTX 2080	GeForce RTX 2070	GeForce RTX 2060	Radeon RX 580	Radeon RX 590
Частота графического процессора	1815 МГц	1410 МГц	1365 МГц	1411 МГц	1560 МГц
Объем видеопамяти	8192 МБ	8192 МБ	6144 МБ	8192 МБ	8192 МБ
Тип видеопамяти	GDDR6	GDDR6	GDDR6	GDDR5	GDDR5
Частота видеопамяти	14000 МГц	14000 МГц	14000 МГц	8000 МГц	8000 МГц
Разрядность шины видеопамяти	256 бит	256 бит	192 бит	256 бит	256 бит
Цена	60000 руб.	40000 руб.	24000 руб.	20000 руб.	16000 руб.

Далее следует выбрать жесткие диски для хранения информации. Высокопроизводительные системы зачастую комплектуются связкой SSD+HDD. Твердотельный накопитель чаще всего используется для установки операционной системы и программного обеспечения, в то время как HDD используется для хранения информации. Данное разделение обусловлено тем, что загрузки ОС и доступ к программам на SSD в разы превышает HDD. Примеры HDD представлены в таблице №5. Здесь же будут приведены примеры современных SSD дисков.

Таблица 13. Примеры SSD высокого ценового сегмента.

Модель	Емкость	Тип памяти	Скорость чтения/записи	Цена
Samsung MZ-76E250BW	250 ГБ	TLC	550 МБ/с/ 520 МБ/с	3500 руб.
Kingston SUV500	240 ГБ	TLC	520 МБ/с/500 МБ/с	2600 руб.
Western Digital WD BLUE	500 ГБ	TLC	560 МБ/с/530 МБ/с	4500 руб.

Блок питания следует выбирать более мощный, чем в «офисных» системах, т.к. более мощные комплектующие потребляют большее количество энергии. Оптимальным будет считаться диапазон 650 ВТ до 1000 Вт.

Таблица 13. Примеры блоков питания высокого ценового сегмента.

Модель	Мощность	Цена
Chieftec BDF-1000C	1000 Вт	6140 руб.
COUGAR GX-F	750 Вт	6000 руб.
Corsair TX750M 80 Plus Gold	750 Вт	8500 руб.

Более дорогие блоки питания снабжены защитой от скачков напряжения, а также обладают различными системами защиты и специальными сертификатами типа 80 plus.

Корпус для высокопроизводительной системы стоит выбирать, уделяя внимание системе охлаждения, а именно количеству посадочных мест для вентиляторов. Современные компьютерные комплектующие при нагрузке выделяют большое количество тепла, которое нужно рассеивать путем прогона воздухе через корпус системного блока. Ниже приведены примеры корпусов с хорошим потенциалом охлаждения.

Таблица 14. Примеры корпусов для ПК среднего и высокого ценового сегмента.

Модель	Габариты	Посадочные места для вентиляторов	Разъемы на лицевой панели	Цена
AeroCool Aero-500 Black Edition	203x487x440 мм	4 x 120x120 мм, 1 x 140x140 мм	USB x2, включая один USB 3.0, наушники, микрофон	2300 руб.
Thermaltake View 21 TG CA-1I3-00M1WN-00 Black	208x471x492 мм	1 x 120x120 мм, 3 x 140x140 мм	USB 3.0 x2, наушники, микрофон	4000 руб.
Zalman Z9 Neo White	205x482x490 мм	5 x 120x120 мм	USB x4, включая USB 3.0 x2, наушники, микрофон	4500 руб.

Таблица 15. Общая стоимость сборки ПК средне - высокого ценового сегмента.

	Модель	Цена
Процессор	Intel Core i7-8700K	27000 руб.
Мат. плата	ASRock Z390 Extreme4	11500 руб.
Видеокарта	GeForce RTX 2070	40000 руб.
Оперативная память	Corsair CMK32GX4M2A2666C16	12500 руб.
Жесткий диск	Samsung MZ-76E250BW	3500 руб.
Блок питания	COUGAR GX-F	6000 руб.
Корпус	Zalman Z9 Neo White	4500 руб.
		Итого 105000 руб.

Выбор монитора, клавиатуры, мыши и других периферийных устройств происходит исходя из личных предпочтений пользователя и практически никак не влияет на производительность ПК. В условиях данной работы анализом данных устройств можно пренебречь.

Таким образом можно заметить, что чем более производительные компоненты используются при сборке компьютера, тем они дороже. Это обусловлено тем, что более дорогие компоненты обладают большим набором технологий обработки информации и делают это в разы быстрее и эффективнее.

Заключение.

В настоящей курсовой работе был рассмотрены компоненты компьютера, их взаимосвязь, изучен рынок электронных компонентов для персонального компьютера.

Так же были определены наиболее популярные цели для покупки компьютера - работа с 3D графикой и мультимедиа. вычисления и обработка большого количества информации.

Собранная информация о комплектующих, их характеристиках, цене, возможных вариантов конфигураций была оформлена в виде таблиц, наглядно показывающих, какие комплектующие можно использовать при сборке компьютера, более подробно с этими таблицами можно ознакомиться в практической части курсовой работы

Таким образом, мы достигли поставленной цели – определили приблизительные сборки ПК для обработки 3D графики и работы с информацией.

Список литературы:

1. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера 4-е издание С-Питер 2003 г.
2. Ю. Андронов. Компьютеры: гонка преследования
3. Жигарев А.Н., Макарова Н.В., Путинцева М.А. Основы компьютерной грамоты. -Л.: Машиностроение, 1987.
4. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1991.
5. Михаил Кутузов, Андрей Преображенский Выбор и модернизация компьютера, 2004
6. www.wikipedia.ru
7. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера, 2006.
8. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17-е изд. — М.: Вильямс, 2007.
9. Э. Клингман Проектирование микропроцессорных систем. - М., Мир, 1980.
10. А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер. Информатика. М., 2000
11. И.П. Норенков, В.А. Трудоношин. Телекоммуникационные технологии. М., 2000
12. В.Н. Петров. Информационные системы. СПб., 2002
13. А.Я. Савельев. Основы информатики. М., 2001