Содержание:

Введение

В современном мире сложно представить жизнь без компьютеров, так как с помощью персонального компьютера возможно обеспечить выполнение сложнейших операций, тем самым значительно упрощая и ускоряя многие действия в различных областях. Практически всем сферам деятельности так или иначе необходимо взаимодействовать с механизмами, позволяющими автоматизировать многие процессы - будь то учеба, работа или простые повседневные задачи.

Компьютер является незаменимым помощником в решении поставленных задач, поэтому важно знать все об устройстве и организации рабочего места пользователя при работе с персональным компьютером, для этого необходимо изучить:

• Внутреннее устройство компьютера;
• Внешние устройства персонального компьютера;
• Организация работы с устройствами.

1 Внутреннее устройство компьютера

Внутренние устройства компьютера подразумевают под собой компоненты, необходимые для корректной работы персонального компьютера, которые в основном расположены в системном блоке самого компьютера. Системный блок является основой абсолютно любого компьютера. На передней панели корпуса как правило расположены кнопки управления питанием и соответствующие им индикаторы:

• Включение питания (Power);
• Перезагрузка системы (Reset);
• Переход в спящий режим (Sleep).

Внутренние устройства, расположенные в системном блоке, включают в себя:

• Материнская плата (Системная плата);
• Процессор;
• Жесткий диск;
• Блок питания;
• Кулер;
• Оперативная память (ОЗУ);
• Видеокарта;
• Звуковая карта;
• Контроллеры.

Материнская плата

Материнская плата является одной из самых важных компонентов персонального компьютера, которая определяет тип самого компьютера. Материнская плата базируется на наборе микросхем — чипсете, обеспечивающем взаимодействие компонентов, а также является основой стабильности и производительности всей системы в целом.

Чипсет — это набор микросхем, обеспечивающих работоспособность процессора и его связь с другими компонентами платы. Так как процессор нельзя напрямую подключать к периферийным устройствам, были созданы специальные микросхемы процессора. В первую очередь, для обеспечения повышения нагрузочной способности шин процессора и согласования временных параметров. Обычно чипсет состоит всего лишь из двух микросхем: северного и южного моста, при этом в сам чипсет может входить любое количество чипов. [1, с. 6]

Северный мост включает в себя контроллер памяти, который отвечает за системную шину и шину AGP. Если чипсет имеет встроенное графическое ядро, оно также интегрируется в северный мост. Как правило, северный мост требует более мощную систему охлаждения, что вызвано довольно высоким уровнем тепловыделения по сравнению с остальными элементами материнской платы. Южный мост обеспечивает связь с периферийными устройствами по шине PCI и содержит контроллеры жестких дисков. [1, с. 6]

Центральный процессор

Процессор – это центральное обрабатывающее устройство компьютера, которое исполняет программы и под их управлением реализует обработку данных.

Процессор, выполненный в микроэлектронном исполнении, то есть в виде интегральной микросхемы, называется микропроцессором. В настоящее время микропроцессоры реализуются в виде сверхбольших интегральных микросхем. При выполнении на компьютере различных программ, связанных с моделированием, инженерными и математическими расчётами, производительность процессора значительно зависит от скорости выполнения операций над числами с плавающей точкой (операции умножения, деления, возведения в степень, вычисление логарифмических и тригонометрических функций и другие). [2, с. 17]

Оперативная память

Оперативная память предназначена для приема, хранения и выдачи данных. Отличие оперативной памяти от постоянной (дисковой) в том, что информация хранится в ней временно. При выключении компьютера все содержимое оперативной памяти стирается. Оперативная память служит для промежуточных результатов вычислений, так как доступ к оперативной памяти осуществляется намного быстрее, чем к дисковой. [3, с. 27]

Для обеспечения оперативной работы с данными, процессору необходима более быстродействующая память, чем жесткий диск.

Несмотря на то, что в процессоре встроена кэш-память, объем ее значительно мал, для работы с современными программами необходимо намного больше памяти. Для этого и нужна компьютеру оперативная память – память с большой скоростью доступа. Оперативная память используется в разных устройствах персонального компьютера – от видеокарты до принтера. Микросхемы оперативной памяти могут принадлежать к совершенно разным модификациям, хотя все они относятся к типу динамической оперативной памяти DRAM. [3, с. 27]

Объем памяти измеряется в мегабайтах. Чем их больше, тем лучше и быстрее работают программы на персональном компьютере. Современные программы нуждаются в памяти объемом хотя бы в 32 Мб. Общепринято приобретать компьютеры с не менее 64 Мб памяти. При 128 - 256 Мб памяти приятно работать с любыми программами. [3, с. 27]

На большинстве системных плат обычно присутствует три разъема для подключения оперативной памяти. Модули в эти разъемы можно устанавливать разного объема, например, два по 32 Мб и один 64 Мб. Желательно, чтобы модули обладали одной и той же скоростью доступа и были выпущены одним и тем же производителем, а также должны быть укомплектованы памятью одного и того же типа.

Жесткий диск

Накопитель на жестких магнитных дисках (также именуемый как винчестер) - это запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые жесткие пластины или диски, обе поверхности которых покрыты слоем специального магнитного материала. Винчестер используется для длительного, то есть постоянного хранения информации – программ и данных.

Жесткие диски по сути подобны дискетам, в которых информация записывается на магнитный слой диска. Однако этот диск, в отличие от дискет, сделан из жесткого материала, чаще всего диск выполнен из алюминия. В корпусе объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, носитель информации, головки записи/считывания, позиционирующее устройство и микросхемы, обеспечивающие обработку данных, коррекцию возможных ошибок, управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти. [4, с. 22]

Если дискета физически состоит из одного диска, то винчестер состоит из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом.

Накопитель на жестких магнитных дисках помещен в почти полностью герметизированный корпус. В отличие от накопителей на гибких магнитных дисках, внутреннее устройство которого хорошо видно, жесткий диск изолирован от внешней среды, что предотвращает попадание пыли и других мелких частиц, которые могут повредить магнитный носитель или чувствительные головки чтения/записи, располагаемые над поверхностью быстро вращающегося диска на расстоянии нескольких десятимиллионных долей дюйма. [4, с. 22]

Магнитные диски являются элементами устройств чтения-записи информации – дисководов. Сам магнитный диск – это пластиковый (для гибких дисков) и алюминиевый либо керамический (для жестких дисков) круг с магниточувствительным покрытием. В случае жесткого диска таких кругов Может быть несколько, и все они в центре посажены на один стержень. Для гибкого диска такой круг один, при помещении в дисковод он фиксируется в центре. Головки чтения-записи могут синхронно перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлении, что позволяет им приблизиться к любой точке поверхности диска. Каждая точка поверхности рассматривается как отдельный бит внешней памяти. [4, с. 22]

Еще один из наиболее важных параметров жесткого диска – это объем, так как от его объема зависит количество информации, которое он способен хранить и обрабатывать. У персонального компьютера зачастую может быть даже не один жесткий диск. Жесткие диски подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей, каждый из которых рассчитан на два устройства. На самом жестком диске имеются специальные перемычки, с помощью которых можно установить принадлежность этого диска: «Ведущий» или «Ведомый» (master or slave). Это необходимо для того, чтобы компьютер знал, какой из подключенных к нему жестких дисков несет на себе операционную систему и является основным, а какой – дополнительным. Нести на себе операционную систему может только один жесткий диск, переключатели на котором установлены в положении Primary master. [3, с. 31]

Мультимедиа

Если рассматривать термин «Мультимедиа» в контексте компьютерной техники, то это по сути необходимое оборудование, с помощью которого возможно демонстрировать видео, звук, графику, изображение и текст. Чтобы компьютер был мультимедийным, в его составе должно быть несколько определенных компонентов.

Одним из важных и необходимых элементов мультимедии является звуковая карта. Персональный компьютер уже на равных конкурирует с домашней стереосистемой, так как звуковое оформление является одной из главных и основных составляющих в компьютерных системах.

Звуковая карта — это усилитель низкой частоты, специально предназначенный для работы в составе персонального компьютера, и потому имеющий некоторые специфические особенности. В первую очередь, так называемый full duplex — возможность одновременной выдачи звука из компьютера на внешнее устройство и записи от внешнего источника на жесткий диск компьютера. [1, с. 9]

Изначально звуковые карты предназначались для простого озвучивания рабочего места пользователя персонального компьютера вместо установленного в корпусе штатного динамика. Самые новые звуковые платы содержат собственные процессоры, обрабатывающие звук по специальным алгоритмам, и позволяют выводить высококачественный звук на пять динамиков – это четыре колонки и фронтальный сабвуфер, которые необходимы для получения объемного 3D звука. Некоторые современные компоненты позволяют улучшить звучание до качества, сравнимого с качеством HI-FI аппаратуры. [1, с. 9]

Еще один достаточно важный элемент компьютера – это видеокарта. Видеокарты могут различаться объемом установленной на них видеопамяти - от 32 Кбайт на самых первых до 512 Мбайт на современных видеокартах. От объема видеопамяти зависят поддерживаемые видеорежимы: максимальное разрешение экрана, частота кадровой развертки и количество отображаемых цветов. Различают видеокарты и по типу монитора, на который они могут выводить изображение. [1, с. 10]

Все современные видеокарты выпускаются только для шины AGP. Графическая шина AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) является дополнением к внутренней шине, соединяющей процессор, оперативную память и чипсет. Работает на большей частоте, чем PCI, и может обращаться к оперативной памяти без участия центрального процессора. В связи с этим, на видеокарте можно установить только память, достаточную для поддержки необходимого разрешения и количества цветов, а дополнительные видеостраницы размещать в оперативной памяти компьютера, просто меняя их местами для быстрого доступа. Количество страниц будет ограничено только размером оперативной памяти. О видеопамяти можно сказать, как и об оперативной памяти: чем больше, тем лучше, если только монитор, видеокарта и программное обеспечение в состоянии ею распорядиться. [1, с. 10]

Блок питания и система охлаждения компьютера

Компьютерный блок питания - это дополнительный источник электропитания, который по большей части предназначен для обеспечения некоторых узлов компьютера электроэнергией, путём преобразования сетевого напряжения до необходимых значений.

Блок питания должен быть достаточной мощности, чтобы питать компоненты внутри системного блока. Его вторая функция - вентиляция и охлаждение всей системы. Многие компоненты, особенно сам блок питания, центральный процессор и жесткий диск, во время работы сильно разогреваются. Если не обеспечить надежную вентиляцию, возможны отказы из-за перегрева. Кроме того, очень большое значение имеет надежность блока питания. В системах с повышенными требованиями иногда даже устанавливают резервный блок питания на случай выхода из строя основного. Ненадежность блоков питания связана, прежде всего, с тяжелыми режимами их работы - высокими напряжениями и большими токами. [3, с. 18]

Однако, при появлении потребности в дополнительном охлаждении на особо нагревающихся элементах, его можно обеспечить с помощью обычного воздушного охладителя (воздушного кулера), который представляет из себя металлический радиатор с установленным на него вентилятором.

Контроллеры

Контроллер - это устройство, управляющее работой некоторого другого внутреннего устройства. Контроллер прерываний используется для реализации механизма прерываний в качестве обеспечения своевременного обслуживания устройств компьютера со стороны процессора. Для этого устройство имеет свою линию запроса на прерывание и номер прерывания, обозначаемые IRQ (Interrupt ReQuest). Контроллер прерываний выполняет следующие функции:

• приём запросов прерываний от устройств;
• учёт приоритетов запросов в случае одновременного поступления нескольких запросов;
• маскирование запросов на основе данных от процессора;
• выдача процессору запроса прерывания и кода устройства, которое инициировало запрос.

Контроллер прямого доступа к памяти обеспечивает обмен данными между оперативной памятью и внешними устройствами без участия центрального процессора. Контроллер прямого доступа к памяти, таким образом, способен замещать процессор и выполнять прямую пересылку данных между оперативной памятью и внешними устройствами. [2, с. 20]

2 Внешние устройства персонального компьютера

Внешние устройства персонального компьютера представляют собой совокупность дополнительных устройств, способных значительно расширить функциональные возможности компьютера, их также называют периферийными. Периферийные устройства подключаются к системному блоку при помощи отдельного кабеля, такие устройства не являются обязательными для обеспечения работы компьютера.

К периферийным устройствам можно отнести:

• Монитор;
• Клавиатура;
• Мышь;
• Принтер;
• Сканер;
• Акустическая система.

Монитор

Монитор - это устройство визуального представления данных, именуемый также как дисплей. Монитор является главным устройством вывода информации пользователю компьютера. Различают мониторы на электронно-лучевых трубках и жидкокристаллические, а основными потребительскими параметрами являются:

• размер монитора;
• размер точки экрана;
• максимальная частота регенерации изображения.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения – дюймы. [4, с. 24]

В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19 и 21 дюймов. Выделяют три принципиально различающихся разновидности мониторов - на базе электронно-лучевой трубки, газоразрядные и жидкокристаллические. Газоразрядные и жидкокристаллические виды дисплеев не выделяют излучения благодаря своей особой конструкции, в отличие от моделей с электронно-лучевой трубкой.

Изображение на экране состоит из различных цветовых точек, размер которых колеблется от 0,24 до 0,27 мм. Чем меньше размер точки экрана или шаг маски, тем четче и точнее полученное изображение. [4, с. 24]

Частота регенерации, или частота кадров, изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение. Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и соответствующих настроек, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор. Частоту регенерации изображения измеряют в герцах. Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, а, следовательно, чем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения является довольно заметным и доставляет серьезный дискомфорт для глаз. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным – 85 Гц, комфортным – 100 Гц и более. [4, с. 24]

Клавиатура

Клавиатура – клавишное устройство ввода в персональный компьютер алфавитно-цифровых (знаковых) данных и прочих команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. Клавиатура имеет свой порт на задней панели системного блока. Данная микросхема находится на основной плате компьютера внутри системного блока. [4, с. 25]

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам:

• Функциональные клавиши;
• Клавиши управления питанием компьютера;
• Цифровая клавиатура;
• Алфавитно-цифровая клавиатура;
• Клавиши управления курсором.

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом – это одна из функций операционной системы и способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение. [4, с. 25]

Виды принтеров

Принтер является внешним периферийным устройством, расширяющим возможности компьютера, предназначение которого заключается в выводе текстовой или графической информации в печатной форме на бумагу.

Существуют следующие виды принтеров:

• Монохромные матричные принтеры;
• Монохромные струйные принтеры;
• Монохромные лазерные принтеры;
• Цветные струйные принтеры;
• Принтеры с твердыми чернилами;
• Цветные лазерные принтеры;
• Цветные принтеры с восковыми чернилами. [6, с. 121]

Сканеры

Сканер - это инструмент, с помощью которого возможно превратить в цифровой вид то, что напечатано на бумаге. Широкое внедрение цифровых методов обработки фотографий и документов привело к значительному увеличению популярности сканеров.

Независимо от типа выбранного сканера, принцип его работы неизменен: специальный датчик просматривает изображение документа и преобразовывает его в цифровую форму. Полученный файл можно редактировать графическими программами, если это фотография, или специальным программным обеспечением для распознавания текста. [1, с. 12]

Цветное сканирование - это не что иное, как сканирование в черно-белом режиме с применением различных цветовых фильтров, таких как:

• Красный;
• Зеленый;
• Синий.

Устаревшие модели выполняют сложение цветов за каждый проход, в отличие от современных моделей, которые выполняют сканирование и сложение цветов всего лишь за один проход. Самые последние модели имеют глубину цвета в 48 бит только для внутренней обработки изображения, так как в компьютер все равно передается изображение с глубиной цвета не более 32 бит. [1, с. 12]

Также стоит обратить внимание на разрешающую способность. Разрешение обычно измеряется в dpi (dots per inch - точек на дюйм) и обозначает число точек на полученном изображении, которые умещаются в одном дюйме, другими словами оптическое разрешение указывает, сколько пикселов сканер может считать в квадратном дюйме. Оптическое разрешение распространенных моделей не превышает 600 dpi. И только специализированные изделия могут иметь 2400 dpi или даже выше.

Компьютерная мышь

Незаменимым устройством передачи информации от пользователя к компьютеру является компьютерная мышь. За ее отсутствием управление персональным компьютером сводилось бы к минимуму и было бы практически невозможным.

Компьютерная мышь состоит из шарика, обтянутого в резиновую оболочку и находящегося в нижней, рабочей поверхности. Этот шарик, при перемещении, приводит в действие два ролика внутри корпуса. Один отвечает за движение по горизонтали, а второй - по вертикали. При перемещении мышь посылает сигналы в системный блок, где подсчитывается количество сигналов, поступивших при горизонтальном и вертикальном смещении мыши. После суммирования этих сигналов на экране смещается графический элемент управления – указатель мыши (курсор). [3, с. 54]

С помощью мыши доступны практически все наиболее значимые операции, кроме ввода текста. В большинстве случаев мышь компьютера стандартная, то есть имеет две кнопки, левую и правую. Левая клавиша является исполнительной, а правая - клавишей параметров. С помощью небольшого колесика, находящимся между двумя основными кнопками мыши, возможно выполнять операции прокручивания окон программ в направлениях вверх или вниз, а также увеличивать или уменьшать рабочие области, что довольно сильно облегчает работу за компьютером. [3, с. 54]

Так же имеются трехкнопочные мыши, они тоже по-своему полезны. С третьей кнопкой можно связать полезные функции на усмотрения пользователя компьютера.

Существуют следующие разновидности компьютерных мышей:

• Оптико-механическая мышь;
• Оптическая мышь;
• Инфракрасная беспроводная мышь;
• Эргономическая мышь.

Если мышь приобретать отдельно от компьютера, необходимо обратить внимание на разъем. Если форм-фактор АТ, то это должен быть разъем 9 или 25-контактный двухрядный для последовательного порта. К компьютерам, имеющим форм-фактор АТХ мышь можно подключать как к последовательному порту, так и к порту PS/2. Подключение мыши к порту PS/2 всегда предпочтительнее, чем к последовательному порту.

Акустическая система

Акустическая система (колонка) в точности, как и звуковая карта предназначена для наиболее лучшего и качественного озвучивания рабочего места. Для этого необходимо лишь подключить акустическую систему к компьютеру и настроить вывод звуковых волн на подключенное устройство. Акустические системы непрерывно улучшаются, обеспечивая тем самым хорошее качество воспроизведения звука, близкое к акустическим стереосистемам высокого класса. [1, с. 12]

Существуют довольно разные системы, от выполненных на основе плоских динамиков до профессиональных колонок.

3 Организация систем ввода-вывода персонального компьютера

Помимо периферийных устройств необходимо иметь средства для передачи подготовленных данных в память компьютера или из нее на устройство вывода, то есть существует значительная потребность в обеспечении канала ввода-вывода.

Канал ввода-вывода — это функциональный элемент компьютера, который представлен в виде совокупности аппаратных и программных средств, а также предназначен для передачи данных между устройством и памятью. Он позволяет организовать завершение операции ввода-вывода. При передаче данных из устройства в оперативную память, канал назначает адреса памяти и определяет количество еще не переданных данных. Для подключения периферийных устройств к каналу в основном служат специальные аппаратные средства, являющиеся средствами интерфейса. Каналы ввода-вывода бывают выделенными и встроенными. Выделенный канал ввода-вывода, реализованный аппаратными средствами и может служить в персональном компьютере для обмена данными с быстрой внешней памятью, а остальные устройства подключают к встроенному, или программному, каналу. [6, с. 13]

Встроенный канал ввода-вывода представляет собой специальный драйвер, а также некоторую интерфейсную аппаратуру для физического подключения устройств. Встроенные каналы ввода-вывода занимают центральный процессор практически на все время выполнения операции ввода-вывода и, следовательно, к сожалению, не позволяют повысить производительность компьютера, они служат для стандартизации процедур обмена и упрощения программирования процедур ввода-вывода. Посредством встроенного канала ввода-вывода могут быть также реализованы совмещенный и не совмещенный режимы. При программном не совмещенном режиме все операции обработки и управление периферийными устройствами выполняются процессором исключительно последовательно. [6, с. 13]

Для организации совмещенного режима каждое периферийное устройство должно обладать автономными схемами подготовки данных, а переключение процессора на программу управления передачей данных от устройств выполняется по сигналу прерывания. [6, с. 14]

Заключение

В процессе изучения материалов по теме «Устройство персонального компьютера» были подняты важные темы по настройке и подключении внутренних и периферийных устройств компьютера, а также получены необходимые знания по изучению особенностей конструкций и функциональных возможностей компонентов персонального компьютера.

При выполнении курсовой работы мной были подробно изучены и в дальнейшем изложены следующие темы:

• Внутреннее устройство компьютера;
• Периферийные (внешние) устройства персонального компьютера;
• Организация работы с устройствами и их подключение;
• Организация систем ввода-вывода персонального компьютера.

Полученные знания при выполнении данной работы помогут мне правильно организовывать рабочие места пользователей, оперативно выявлять неисправности системы и грамотно сопровождать работу персональных компьютеров, что является достаточно ценным опытом в дальнейшем освоении моей профессии.

Список используемой литературы

1. Мельниченко В. В., Калиниченко Н. В. Самоучитель современного пользователя ПК. Киев, 2005. 157 с.
2. Рыбальченко М. В. Организация ЭВМ и периферийные устройства. ФГАОУВО «Южный Федеральный Университет», 2017. 120 с.
3. Кочетов А. Б. Модернизация компьютера. «Научная книга», 2006. 380 с.
4. Малинина Л. А., Беляев М. А., Лысенко В. В. Основы информатики: Учебник для вузов. 2013. 75 с.
5. Таненбаум Э. Архитектура компьютера, 4-е издание. Москва, 2003. 698 с.
6. Горнец Н. Н., Рощин А. Г.  ЭВМ и периферийные устройства. Устройства ввода-вывода: учебник для студ. учреждений высшего проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 224 с.