Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Устройство персонального компьютера (ГЛАВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ))

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования: «В эпоху развития цифровых технологий, вопрос модернизации и ремонта персонального компьютера(ПК), а также комплектующихся с ним устройств остается важным и актуальность данной темы продолжает расти. С ростом функциональности и характеристик компьютерной технологий, число пользователей ПК, сталкивающихся с необходимостью замены периферийных устройств и устройств системного блока компьютера растет. Пользователи ПК чаще склонны нанимать специалистов для починки компьютера или его модернизации чем делать данные действия самому. Если они научатся сами понимать устройство компьютера, принципы его сборки и модернизации, то острая необходимость в специалистах отпадет, однако, они по-прежнему останутся актуальными.» Поэтому, было бы целесообразно написать об устройстве персонального компьютера, его сборке и модернизации.

Целью курсовой работы является: изложением руоводства по сборке персонального компьютера

Исходя из постановленной цели, можно определить следующие задачи курсовой работы:

1) описание устройств компьютера;

2) изложить руководство по сборке компьютера

Предметом исследования являются: Персональный компьютер IBM PC, системный блок

При написании работы были использованы труды: Мюллер Скотт «Модернизация и ремонт ПК», Маликов К.Б. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (МП) Cyberlink., Акиншин Л. ПРОЦЕССОРЫ INTEL CORE I3/I5/I7: ЧТО НОВОГО. Cyberlink.

I ГЛАВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Так как все устройства вычисления так, или иначе тесно связаны с ПК, следовало бы написать пару слов об их истории.

Олег Новожилов в своем научном труде «Архитектура ЭВМ и систем. Учебное пособие для бакалавров»^[1] выделяет два основных этапа развития всей электро-вычислительной техники:

1) Этап механических калькуляторов и вычислительных машин

2) Этап ЭВМ и компьютеров

1.1 Этап механических калькуляторов и вычислительных машин

Одним из первых приборов в I этапе развития компьютеров является абак, появившийся около 2000 лет назад. Он представлял из себя деревянную раму, в которой было несколько параллельно расположенных прут с костяшками или мелкими камнями в них.

Гораздо позже, в начале XVII Дж. Непер, который так же ввел понятие логарифмов, разработал технику, с помощью которой можно было выполнять умножение двух чисел между собой. Далее, в 1694 году, немецким математиком и философом Г. В. Лейбницом был создан калькулятор, позволявший выполнять простейшие арифметические операции – сложение и умножение чисел. В 1820 году появилось коммерческое устройство называемое – механический калькулятор; для сложения, вычитания и деления чисел.

Предложение концепции механанической вычислительной машины, профессора математики Кэмбриджского университета, Чарльза Баббаджа, послужило началу создания фирмы Tabulating Machine Company в 1911 году, которая в данное время известна как IBM.

Машина разработанная по предложению Баббаджа имела все главные компоненты из которых состоит ЭВМ: процессор (вычислительное устройство), запоминающее устройство, устройство ввода данных, устройство вывода, блок управления; однако, так и не была построена, из за погрешности в ее расчетах.

Ранее упомянутая фирма TMC (Tabulating Machine Company) активно разрабатывала так называемые счетно-аналитические машины на протяжении 50 лет, пока данная техника не была вытиснута более продуктивными машинами на рынке вычислительных устройств.

В данном разделе главы, была описана история развития механических калькуляторов и вычислительных машин в период с древнего времени (2000 лет назад) до 1911 года.

1.2 Этап ЭВМ и компьютеров

Проффесор Амстердамского свободного университета Эндрю Стюарт Таненбаум (Архитектура компьютера) разделяет данный период развития электрических компьютеров на пять поколений, а именно:

1) Электронные лампы (1945-1955 гг.)

Машины данного поколения сделаны на лампах, резисторах, конденсаторах, трансформаторах, а в качестве оперативной памяти использовались ферритовые сердечники. ЭВМ первого поколения выделяют: большие размеры, невысокая надежность, низкое быстродействие и малая емкость оперативной памяти, а также и прочие недостатки.

2) Транзисторы (1955-1965 гг.)

В данный период начались использоваться транзисторы, дисплеи с возможностью отображения по пикселям; шины, для организации парралельной работы главных компонентов и устройств ЭВМ и благодоря этому появились многопрограммные ЭВМ. В добавок, в программном обеспечении ЭВМ появились алгоритмические языки и ввелась специализация по примению. Все эти новшества, на тот момент, позволили уменьшить общую массу машин, их размеры и стоимость, к тому же была повышена надежность ЭВМ, быстродействие и общий объем хранилища.

3) Интегральные схемы (1965-1980 гг.)

Именно в это время: появились интегральные схемы (ИС), микропроцессоры и микросхемы памяти; магнитные диски использовались как основные носители информации; количество устройств ввода и вывода было увеличино; стало возможно, управлять ЭВМ на значительном расстоянии; использование многопользовательского режима работы; происходил рост в развитии операционных систем.

4) Сверхбольшие интегральные схемы (1980-2000 гг.)

Как только были введены БИС (большие интегральные схемы) и СБИС (свербольшие интегральные схемы) и засчет этого характеристики ЭВМ были увеличены в значительной степени. Однако, главная особенность данного периода – появление персональных компьютеров, что означает то, что с того момента вычислительные машины могли быть использованы для собственных нужд, тоесть персонально, главным образом засчет снижения цены и уменьшения габаритности ЭВМ.

5) Пятое поколение (2000 г – наши дни)

С началом XXI века, персональные компьютеры были усовершенствованы в плане их аппарптного и программного обеспечения. Было внедрено множество новых технологии обработки данных.

Здесь, кратко описана история электронно-вычислительных машин и персональных компьютеров с 1945 года по эти дни.

1.2.1 История персонального компьютера

Все поколения компьютеров начиная с четвертого, имело в составе микропроцессоры собственной архитектуры и первые персональные компьютеры были разработаны в четвертом поколении благодоря снижению цен на микропроцессоры в то время.

В 1973 году на основе микропроцессора 8008, были созданы первые микропроцессорные комплекты, которые годились только для показа своего потенциала и включения индикаторов. Компания Intel выпустила микропроцессор 8080 в конце этого же года. Его производительность и быстродействие было в 10 раз выше чем у предшествующей модели (8008), что исторически, послужило поводом к промышленному производству ПК.

Мюллер Скотт пишет, что несмотря на все последующие коммерческие проэкты по производству компьютеров, первый персональный компьютер, который можно назвать таковым, был выпущен в 1975 году, компанией IBM, имениуемый IBM 5100. Данная модель имела память емкостью 16 Кбайт, встроенный дисплей на 16 строк по 64 символа, интерпретатор языка BASIC и кассетный накопитель DС300, однако цена в приблизительно 9000$, была слишком высокой для рядовых пользователей. К тому же, хакеры предлагали им свои наборы за 500$. По причине своей сравительно высокой цены, данная модель не выдержала конкуренцию на рынке.

В 1977 году, компанией Apple Computer, был выпущен Apple II ставший прообразом большинства последующих моделей, включая и IBM PC.

Мюллер, в своем труде омечает, что на тот момент, ни один компьютеров, не был совместим с двумя основными современными стандартами ПК.

«Новый конкурент, появившийся на горизонте, дал возможность определить факторы будущего успеха ПК: открытая архитектура, слоты расширения, сборная конструкция, а также поддержка аппаратного и программного обеспечения различных компаний.» пишет Мюллер. И этим самым конкурентом оказалась компания IBM, со своей новой, в то время, моделью персонального компьютера IBM PC. «Открытая архитектура IBM PC и закрытая архитектура компьютеров Macintosh произвели настоящий переворот в компьютерной индустрии.» добавил Мюллер. Небольшая группа из 12 человек, с Доном Эстриджем, разработав IBM PC, начали выходить на рынок, в открытую конкурируя с Apple Computer.

В данном подразделе 2-ой главы, более подробно рассматривается история появления первого персонального компьютера IBM PC.

В первой и второй главе этой курсовой работы описана история развития электронно-вычислительных машин. Исторический период разделен на две части:

1) Этап механических калькуляторов и вычислительных машин

2) Этап ЭВМ и компьютеров

В подразделе второй главы, более подробно описывается история первого персонального компьютера фирмы IBM, модели IBM PC.

II СПЕЦИФИКАЦИИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ И КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ

2.1 Спецификации Персональных Компьютеров

Компании Microsoft и Intel, в продолжительный период времени, выпускают серию документов, которые называются PC xx Design Guides (символы xx обозначают год выпуска). Документы определяют стандартный набор спецификаций, проедназначенных для разработчиков аппаратных средств и ПО (Програмного Обеспечения), которые выпускают устройства совместимые с операционной системой Windows. Требования в данных документах являются частью требований к техническим устройствам с логотипом Designed for Windows (Разработаны для Windows).

В данном разделе описаны спецификации персональных компьютеров. Подробная информация о данных документах доступна по адрессу:

2.2 Компоненты системы

Современный персональный компьютер стал гораздо проще (Мюллер, 2013), так как большая часть его компонтов, которые используются для сборки системы, были интегрированы с другими компонентами, что привело к уменьшению общего числа отдельных устройств. Однако, с другой стороны, именно по той причине, что произошла интеграция компонентов компьютера, сами компоненты стали сложнее, так как каждый из компонентов выполняет гораздо больше функций, в сравнении со старыми компьютерами.

Информация о всех компонентах изложенные автором, необходимые для сборки ПК, добавлены в приложении А.

табл. 2.4, а более подробное описание вы найдете в соответствующих главах.

Здесь, кратко описан процесс интеграции компонентов персонального компьютера с течением времени.

III МИКРОПРОЦЕССОР, ЕГО СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОМПЛЕКТУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Прежде чем начать писать о микропроцессорах, следует отметить что первый микропроцессор (МП) появился гораздо раньше, чем первый ПК.

Предположительно, это связано с тем, что на тот момент, в 1971 году, внедрение комплектующих перефирийных устройств совместимых с первым МП, только началась.

3.1 Определение термина «микропроцессор»

Для того чтобы ознакомится с тем, что такое микропроцессор, будет целесообразно понять смысл самого термина «процессор». ГОСТ 15971-90, стандарт, разработанный Селивановым и его командой, описывает данный термин как компонент вычислительной машины, или же системы обработки информации, которая предназначена для интерпретации программ.

Балашов (Микропроцессоры и микропроцессорные системы, 1981) дает определение термину «микропроцессор», «Микропроцессоры – это обрабатывающие и управляющие устройства, выполнененные с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающие способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, принятие решений, арифметические и логические операции».

Далее, им излагается состав самого микропроцессора: арифметико-логическое устройство, схема управления и синхронизации, регистр аккумулятор, сверхоперативное запоминающее устройство, программный счетчик, адресный стек, регистр команд и дешифратор кода операции, параллельные шины данных ввода и вывода, схема управления памятью и вводом-выводом.

В данном разделе дается определение термину «микропроцессор».

Все данные компоненты являются частью структуры типового микропроцессора.

3.2 Структура типового микропроцессора

Главные характеристики микропроцессора

1) Тактовая частота, которая определяет время выполнения (максимальное) переключения элементов ЭВМ

2) Разрядность, максимальная частота одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядность микропроцессора (МП) обозначается тремя символами через косую черту: m/n/k

m - разрядность внутренних регистров, определяющее принадлежность к тому или иному классу процессоров;

n - разрядность шины данных (ШД), определяет скорость передачи информации через нее (ШД);

k - разрядность шины адреса (ША), определяет размер адресного пространства.

3) Архитектура

Ершова описывает архитектуру микроцессоров схемой ()

Микропроцессор служит координирующим устройством между компонентами цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо нее (ШУ), есть 16 разрядная адресная шина (ША), функцией которой является выбор определенной ячейки памяти, порта ввода или вывода. 8-и разрядная шина данных (ШД) двунаправленно пересылает данные к МП и от МП. Ершова упомянула о важности выделения того, что МП может посылать информацию в память микро электронно-вычислительной (микроЭВМ) машины, либо к одному из портов вывода, добавляя то, что микроЭВМ может получать данные из памяти, или от одного из портов ввода.

Важно упомянуть о том, что МП может посылать информацию в память микроЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода.

В данном разделе главы, иззложены главные характеристики микропроцессора, а также, кратко определена архитектура микропроцессора.

3.3 Процессоры Intel

Нурдиной (Современное развитие архитектур микропроцессоров) отмечено, что первый микропроцессор, выпущенный Intel, послужил началом эпохи «всеобщей компьютеризации». Частота чипов Intel с 1971 по 2009 выросла практически в 410 тыс. раз.

По ее словам, первый чип Intel 4004 работал на частоте 750 КГц, содержал 2300 транзисторов, производительность его оценивалась в 60 тыс. операций в секунду. На день написания статьи, тактовая частота процессоров превысила 2 ГГц, количество транзисторов более 50 млн., пиковая производительность составляла более 7 млрд. операций в секунду.

В этом разделе 3-й главы приведен пример роста производительности микропроцессора с течением времени.

3.3.1 Важность процессоров Intel Core ix

Акиншин Леонид в электронном журнале Cyberlinka описывает почему процессоры семейств Intel Core ix (x=3,5,7) вправе претендовать на особое к ним отношение: «Процессоры семейств Intel Core i3/i5/i7 вправе претендовать на особое к ним отношение уже потому, что число новых встраиваемых разработок на базе Intel Core i3/i5/i7 грозит затмить все, что мы видели до сих пор, причем произойдет это в самое ближайшее время. Подобное развитие событий предопределено тремя факторами разной степени банальности:

во‑первых, ростом рынка ВКТ (встраиваемых компьютерных технологий) в целом;

во‑вторых, все более масштабным перетеканием технологий из индустрии массовых систем на рынок Embedded;

и, в‑третьих, ускорением темпов этого перетекания.

Первый пункт в особых комментариях не нуждается: ясно, что, если рынок растет, то растет и число продуктов на нем, особенно в бурно развивающихся сегментах. А сегмент встраиваемых продуктов на базе многоядерных процессоров развивается весьма бурно: если еще год-полтора назад разработчикам приложений класса Embedded приходилось объяснять, для чего им нужны ЦП с двумя ядрами вместо одного, то сегодня эти люди сами требуют у поставщиков многоядерные решения максимально возможной производительности.»

Здесь цитирована часть статьи Акиншина в журнале Cyerlink, для объяснения важности процессоров от фирмы Intel.

Далее в последующих разделах, 3.4-3.6 будет написано про устройства находящиеся в тесной связи с процессором: шина данных (ШД), шина адреса или адресная шина (ША) и внутренная шина данных (ВШД)

3.4 Шина данных

Быстродействие процессора напрямую определяется производительностью и разрядностью внешней шиной данных, так как именно через нее (шина данных) выводится и вводится информация на прочие комплектующие устройства.

«Когда говорят о шине процессора, чаще всего имеют в виду шину данных, представленную как набор соединений (или выводов) для передачи или приема данных. Чем больше сигналов одновременно поступает на шину, тем больше данных передается по ней за определенный интервал времени и тем быстрее она работает.»

3.5 Шина адреса (ША)

Шина адреса представляет собой набор проводников, по которым передается адрес ячейки памяти, в которую или из которой пересылаются данные.

Как и в шине данных, по каждому проводнику передается один бит, соответствующий одной цифре в адресе. Увеличение коли‑ чества проводников (разрядов), используемых для формирования адреса, позволяет увели‑ чить количество адресуемых ячеек. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, адресуемой процессором. Представьте себе следующее. Если шина данных сравнивалась с автострадой, а ее разряд‑ ность — с количеством полос движения, то шину адреса можно ассоциировать с нумерацией домов или улиц. Количество линий в шине эквивалентно количеству цифр в номере дома. Например, если на какой‑то гипотетической улице номера домов не могут состоять более чем из двух цифр (десятичных), то количество домов на ней не может быть больше ста (от 00 до 99), т.е. 102. При трехзначных номерах количество возможных адресов возрастает до 103 (от 000 до 999) и т.д. В компьютерах применяется двоичная система счисления, поэтому при 2‑разрядной адре‑ сации можно выбрать только четыре ячейки (с адресами 00, 01, 10 и 11), т.е. 22, при 3‑разрядной — восемь (от 000 до 111), т.е. 23, и т.д. К примеру, в процессорах 8086 и 8088 ис‑ пользуется 20‑разрядная шина адреса, поэтому они могут адресовать 220 (1048576) байт, или 1 Мбайт памяти. Объемы памяти, адресуемой процессорами Intel, приведены в табл. 3.4.

3.6 Внутренняя шина данных (ВШД)

Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характе‑ ризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр — это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различ‑ ных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность регистра определяет количество разрядов данных, обрабатываемых процессором, а также характеристики про‑ граммного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32‑разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32‑разрядные команды, которые обрабатывают данные 32‑разрядными порциями, а процессоры с 16‑разрядными регистрами этого делать не могут.

Процессоры, начиная с 386 и заканчивая Pentium 4, имели 32‑разрядные регистры и поэтому могли обеспечивать работу одних и тех же 32‑разрядных приложений.

Процессоры Core 2 и Athlon 64 имеют как 32‑, так и 64‑разрядные регистры; это значит, что на них можно запускать существующие 32‑разрядные приложения и их но‑ вые 64‑разрядные версии.

В некоторых очень старых процессорах разрядность внутренней шины данных (а шина состоит из линий передачи данных и регистров) превышает разрядность внешней. Например, в процессорах 8088 и 386SX разрядность внутренней шины вдвое больше разрядности внешней.

3.7 Быстродействие процессора

Быстродействие — это одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по‑разному.. Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряемой в мегагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер.

В новых материнских платах кварцевый резонатор может быть интегрирован в набор микросхем системной логики. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания электрического тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой.

Микросхемы обычного компьюте‑ ра работают на частоте нескольких миллионов или миллиардов герц. (Герц — одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т.е. в миллионах циклов в секунду. Так‑ товый сигнал имеет форму синусообразной волны, расстояние между пиками которой и оп‑ ределяет частоту (рис. 3.1).

В этом разделе главы, было дано описание быстродействию процессора с помощью труда Мюллера «Модернизация компьютера»

3.7.1 Тактовая частота процессора

Почти все современные процессоры, начиная с 486DX2, работают на тактовой частоте, которая равна произведению некоторого множителя на тактовую частоту системной платы. Например, тактовая частота 2,53 ГГц процессора Pentium 4 в 4,75 раза превышает тактовую частоту 533 МГц шины системной платы, а частота 2,083 ГГц процессора Athlon XP 2800+ с новейшим ядром Barton в 6,25 раза превышает тактовую частоту системной платы, состав‑ ляющую 333 МГц. До начала 1998 года все процессоры Intel поддерживали частоту системной шины 66 МГц.

Здесь, объясняется что такое тактовая частота процессора. В пример приведены характеристики процессоров Pentium 4, Athlon XP 2800+, а так же серия процессоров Intel.

3.11 Разгон процессора

В некоторых системах можно установить большую рабочую частоту процессора; это называется разгоном (overclocking). После установки больших значе‑ ний частоты процессора повышается и его быстродействие. Практически все типы процессо‑ ров имеют так называемый “технологический запас” безопасного увеличения тактовой часто‑ ты. Например, процессор с частотой 3,0 ГГц способен работать на частоте 3,5 ГГц и выше. Разгон процессора подобен прогулке по краю пропасти, поскольку процессор приближается к своей максимально возможной тактовой частоте.

В этом разделе описывается полезная функция процессора именуемая разгон процессора, как она влияет на работу процессора.

VI ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ, ЕЕ ТИПЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

4.1 Что такое оперативная память

В этой главе память рассматривается как в логическом, так и в физическом аспектах. Здесь описываются микросхемы и модули памяти, которые можно установить в компьютере, и приводятся их характеристики. В этой главе вы найдете достоверную информацию, которая развеет все мифы, ассоциированные с памятью, и позволит эффективнее использовать компьютерЗа несколько лет определение RAM превратилось из обычной аббревиатуры в термин, означающий основное рабочее пространство памяти, создаваемое микросхемами динамической оперативной памяти (Dynamic RAM — DRAM) и используемое процессором для выполнения программ.

4.2 Типы оперативной памяти

1) Память типа ROM

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устрой# ство), данные можно только хранить; изменять их нельзя. Именно поэтому данная память используется только для чтения данных. ROM также часто называют энергонезависимой памятью, потому что любые записанные в нее данные сохраняются при выключении питания.

2)Память типа DRAM

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM) используется в большинст# ве систем оперативной памяти современных ПК. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки очень плотно упакованы, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно организовать память большой емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удержива# ют заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны.

3) Память типа ROM

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устрой# ство), данные можно только хранить; изменять их нельзя. Именно поэтому данная память ис# пользуется только для чтения данных. ROM также часто называют энергонезависимой памя тью, потому что любые записанные в нее данные сохраняются при выключении питания. По# этому в ROM помещаются команды запуска ПК, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему. Заметьте, что ROM и оперативная память — не противоположные понятия, как думают многие. На самом деле ROM представляет собой часть оперативной памяти системы. Други# ми словами, часть адресного пространства оперативной памяти отводится для отображения ROM. Это необходимо для ускорения загрузки системы после включения питания.

4) Память типа DRAM

5) Кэш память - SRAM

Существует тип памяти, совершенно отличный от других, — статическая оперативная па# мять (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической опера# тивной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регене# рации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем DRAM, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. Стр. 496 Основные понятия 497 Время доступа в памяти SRAM — не более 2 нс; это означает, что такая память может ра# ботать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц и выше. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из шести транзисторов. Использование транзисторов без каких#либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. (Ведь если нет конденсаторов, то и заряды не теряются.) Пока подается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено.

4.3 Производительность запоминающих устройств

В вопросах производительности памяти наблюдается некоторая путаница, поскольку обычно она измеряется в наносекундах, в то время как быстродействие процессоров — в мега# герцах и гигагерцах. В новых быстродействующих модулях памяти быстродействие измеря# ется в мегагерцах, что дополнительно усложняет ситуацию. К счастью, перевести одни еди# ницы измерения в другие не составляет труда. Наносекунда — это одна миллиардная доля секунды, т.е. очень короткий промежуток вре# мени. В частности, скорость света в вакууме равна 299 792 км/с, т.е. за одну миллиардную до# лю секунды световой луч проходит расстояние, равное всего 29,98 см, т.е. меньше длины обычной линейки. Быстродействие микросхем памяти и систем в целом выражается в мегагерцах (МГц), т.е. в миллионах тактов в секунду, или же в гигагерцах (ГГц), т.е. в миллиардах тактов в секунду. Современные процессоры имеют тактовую частоту от 2 до 4 ГГц, хотя гораздо большее влия# ние на их производительность оказывает их внутренняя архитектура (например, многоядер# ность).

V ПРОЧИЕ УСТРОЙСТВА

5.1 Устройства магнитного хранения данных

Практически во всех персональных компьютерах информация хранится на носителях, использующих принципы магнетизма или оптики. При использовании магнитных устройств хранения поток двоичных данных (нули и единицы) превращается в небольшие металлические намагниченные частички, расположенные на плоском диске или на ленте в виде узора. Этот магнитный “узор” впоследствии может быть восстановлен в изначальный поток двоичных данных. Понять принцип действия магнитных запоминающих устройств довольно сложно, так как магнитные поля не видимы для человеческого глаза. В этой главе рассматриваются принципы, концепции и технологии, используемые в современных компьютерных запоминающих устройствах на магнитных носителях, что поможет понять события, происходящие “за кадром”. Этот материал предназначен для любознательных читателей, которые интересуются теоретическими аспектами работы магнитных устройств; тем не менее для работы с компьютерами, их ремонта, поддержки и модернизации знать все это совершенно необязательно. Данные, которые хранятся на жестких дисках, дискетах, накопителях на магнитной ленте или других запоминающих устройствах на магнитных носителях, имеют большую ценность, чем сами устройства, поэтому понимание принципов обработки данных дает определенные преимущества. Ясное представление об используемых технологиях позволит справиться с любыми возникающими проблемами

5.2 Накопители на жестких дисках

Накопитель на жестком диске многим кажется самым необходимым и в то же время загадочным компонентом компьютерной системы. Как известно, он предназначен для долгосрочного хранения данных, и последствия его выхода из строя зачастую оказываются катастрофическими.

Предполагается, что данные на жестком диске будут храниться до тех пор, пока сам пользователь их не сотрет или не перепишет. Для правильной эксплуатации или модернизации компьютера необходимо хорошо себе представлять, что же это такое — накопитель на жестком диске. Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет) их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск (рис. 9.1). В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками.

5.3.1 Принципы работы накопителей

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с концентрических окружностей вращающихся магнитных дисков (дорожек), разбитых на секторы емкостью 512 байт (рис. 9.2).

В накопителях обычно устанавливается несколько дисковых пластин и данные записываются на обеих сторонах каждой из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков.

5.3.2 Форматирование жестких дисков

Различают два вида форматирования диска: физическое, или форматирование низкого уровня; логическое, или форматирование высокого уровня. При форматировании новых гибких дисков с помощью программы Проводник Windows или команды DOS FORMAT выполняются обе операции; если на диске уже выполнялось форматирование, по умолчанию предлагается только высокоуровневое форматирование. Для жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, — организация разделов. Создавать разделы абсолютно необходимо в том случае, если на одном компьютере предполагается использовать несколько операционных или файловых систем. При этом на диске создается несколько томов, или логических устройств, причем каждому из них операционная система присваивает отдельную букву или имя.

Таким образом, форматирование жесткого диска выполняется в три этапа.

1. Форматирование низкого уровня.

2. Организация разделов на диске.

3. Форматирование высокого уровня.

5.4 Устройства оптического хранения данных

В настоящее время существует два основных типа устройств хранения данных в компьютере: магнитные и оптические. Устройства магнитного хранения в современном компьютере представлены жестким диском и дисководом. В них информация записывается на вращающийся магнитный диск. В устройствах оптического хранения запись и считывание осуществляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча, а не магнитного поля. Следует отметить, что большинство оптических устройств могут лишь считывать информацию с носителя. Для удобства изложения магнитные и оптические носители данных будут в дальнейшем называться просто дисками. В некоторых устройствах применяются комбинированный, магнитный и оптический способы записи и считывания информации. Такие устройства называются магнитооптическими. Эти технологии подробно описываются в главе 10. Когда-то казалось, что в недалеком будущем оптические диски полностью заменят собой магнитные носители в сфере хранения информации. Однако выяснилось, что быстродействие и плотность записи оптических дисков намного отстают от аналогичных показателей магнитных собратьев, так что они попрежнему являются только средством архивирования и распространения данных. Магнитные жесткие диски так и остались основным операционным средством долгосрочного хранения информации и, вероятнее всего, не уступят свои позиции оптическим дискам.

5.5.1 Технологии отображения информации

Монитор является жизненно важным посредником в обмене информацией между человеком и компьютером, таким же, как клавиатура и мышь. Однако на свет он появился позже других устройств.

До появления первых мониторов с электроннолучевыми трубками стандартным интерфейсом служил телетайп — громоздкая и очень шумная машина, печатающая на рулоне бумаги вводимую и выводимую информацию. В первых персональных компьютерах для отображения выводимой информации часто использовались светодиодные экраны.

По сравнению с современными стандартами первые компьютерные мониторы были крайне примитивны; текст отображался только в одном цвете (как правило, в зеленом), однако в те годы это было важнейшим технологическим прорывом, поскольку пользователи получили возможность вводить и выводить данные в режиме реального времени. Затем появились цветные мониторы, увеличился размер экрана и жидкокристаллические панели перекочевали из портативных компьютеров на рабочие столы пользователей.

Последние тенденции — крупноформатные плазменные дисплеи и LCD/DLP проекторы — полностью отражают все возрастающую конвергенцию компьютерных технологий и сферы развлечения. В наши дни компьютерные мониторы достигли высшей ступени развития, что не избавляет пользователя от необходимости разбираться в аппаратном обеспечении. Медленный видеоадаптер может затормозить работу даже самого быстрого компьютера. А неправильное сочетание монитора и видеоадаптера не только не позволит полноценно выполнять поставленные задачи, но и может привести к ухудшению зрения.

5.5.2 Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллические (ЖК, LCD) мониторы благодаря своему малому весу, размерам и цветопередаче в настоящее время практически вытеснили с рынка мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ, CRT).

Настольные LCD мониторы во многом похожи на экраны ноутбуков. По сравнению с классическими ЭЛТ мониторами у них есть целый ряд преимуществ: плоский экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению со Стр. Технологии отображения информации 865 100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ монитора).

По цветопередаче жидкокристаллические мониторы уже приблизились (если не превзошли) к ЭЛТмониторам (правда, при этом нельзя забывать об ограничениях, связанных с углом обзора). Как работает жидкокристаллический монитор В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту, плоскость поляризации которой параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света (экран будет темным).

Вращая ось поляризации второго фильтра, т.е. изменяя угол между осями светофильтров, можно изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана. В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Красная, зеленая и синяя ячейки, формирующие пиксель, иногда называются субпикселями.

5.5.3 Плазменные дисплеи

Плазменные технологии, используемые при производстве широкоэкранных дисплеев, имеют довольно долгую историю. В конце 1980х годов IBM разработала монохромный плазменный экран, способный отображать оранжевый текст или графику на черном фоне. Компания Toshiba использовала данный экран в портативных компьютерах моделей T3100 и T3200, оснащенных 6300совместимым адаптером CGA/AT&T с двойным сканированием, поддер живающим разрешение 640×400 пикселей. В отличие от первых разработок IBM современные плазменные дисплеи — это устройства RGB, поддерживающие глубину цвета 24 или 32 бит, а также телевизионные сигналы TV или DVD. При формировании изображения на экране плазменных дисплеев используется электрически заряженный газ (плазма) для освещения триад, состоящих из красных, зеленых и синих частиц люминофора (рис. 13.8).

5.4 Критерии выбора монитора

Практически в каждом компьютерном магазине вам предложат несколько десятков моделей мониторов — от самого дешевого компьютерного до широкоэкранного мультисистемного. Поскольку цена монитора составляет ощутимую часть стоимости всей компьютерной системы, нужно знать, какими критериями пользоваться при его выборе.

При выборе монитора необходимо учитывать следующие основные факторы:

видимый размер экрана;

разрешающая способность; зернистость (ЭЛТ мониторы);

яркость и контрастность изображения (ЖК мониторы);

энергопотребление и безопасность;

частота развертки по вертикали и горизонтали;

средства управления;

условия эксплуатации (освещение, размер, вес).

VI СБОРКА И МОДЕРНИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА

Сегодня сборка компьютера “с нуля” уже не кажется такой сложной, как раньше. Любую деталь для ПК можно приобрести по вполне доступной цене. В большинстве случаев само! стоятельно собранный компьютер будет состоять из тех же компонентов, что и компьютеры известных фирм. Однако в ценовом отношении такой подход вряд ли оправдан. Дело в том, что большинство современных производителей закупают детали оптом, получая при этом очень большую скидку. Кроме того, вам придется платить за доставку каждого из заказанных компонентов, а не за всю систему. При самом скромном подсчете заказ и доставка отдельных компонентов обойдутся не менее чем в 100 долларов, не говоря уже о затратах времени на оформление заявок. Дополни! тельные расходы возрастают, когда некоторые из присланных деталей оказываются бракован! ными или не соответствуют своим техническим характеристикам. Если некоторые заказанные компоненты не подойдут из соображений совместимости или по каким!либо другим причинам, за их возврат поставщику придется платить дополнительную компенсацию.

Для сборки компьютера потребуется пара крестообразных отверток разных диаметров: 1/4 и 3/16 дюйма. Для извлечения или установки стоек и перемычек пригодится пинцет. Благодаря по! всеместной стандартизации для закрепления разных деталей в системном блоке используются винты всего нескольких стандартных размеров. Причем размещение устройств внутри системного

Сборка и модернизация компьютера блока не зависит от конкретного производителя устройств. Типичные компоненты, используемые при сборке ПК, представлены на рис. 20.2, а полученный в результате системный блок — на рис. 20.3. Используемый вами набор компонентов может немного отличаться.

корпус;

блок питания;

плата адаптера;

системная плата;

дисковые устройства.

Прежде чем приступить к разборке компьютера, необходимо выполнить несколько подго! товительных операций. Во!первых, следует принять меры защиты от электростатического разряда и, во!вторых, записать конфигурацию компьютера, включая аппаратные (положение перемычек и переключателей, схемы кабельных соединений) и логические (установки CMOS) характеристики

6.1 Установка системной платы

Перед установкой новой системной платы, прежде всего, нужно ее распаковать и прове! рить, все ли на месте. Обычно в комплект поставки, кроме самой платы, входят несколько кабелей для подключения устройств ввода!вывода и документация. Если вы заказывали плату с процессором или памятью, то, скорее всего, они будут установлены на плате, но в некоторых случаях их упаковывают отдельно. Иногда в комплект включают заземляющий браслет, что! бы при установке платы предотвратить ее повреждение электростатическим разрядом.

6.2 Установка процессора и теплоотвода

В материнскую плату перед установкой в корпус нужно вставить процессор и модули памяти. В некоторых системных платах имеются переключатели, управляющие тактовой частотой процессора и его электропитанием.

Если установить их некорректно, либо система не будет функциони! ровать, либо процессор выйдет из строя. В современных материнских платах подаваемое на процессор напряжения задается в настройках BIOS. Если у вас возникли вопросы относительно положения переключателей, почитайте документацию к материнской плате и процессору. Все современные процессоры нуждаются в отведении тепла.

Чтобы установить на системную плату процессор и теплоотвод, выполните ряд действий.

1. Выньте новую плату из антистатического пакета, в который она упакована, и положите ее на пакет или на антистатический коврик, если он у вас есть.

2. Установите процессор. Найдите на процессоре контакт 1 (обычно один из углов микросхемы слегка скошен или помечен точкой, возле него и находится этот контакт).

Затем найдите контакт 1 в ZIF гнезде для процессора, находящемся на системной плате. Поднимите рычаг и поместите микросхему в разъем, совместив контактные выводы с соответствующими отверстиями. Если процессор в разъем не входит, проверьте, правильно ли он ориентирован и совпадают ли контакты. Когда процессор станет на свое место, опустите зажимающий рычаг, чтобы зафиксировать микросхему в гнезде.

3. Закрепите теплоотвод. Обычно радиаторы крепятся к гнезду процессора с помощью одного или нескольких фиксирующих зажимов (рис. 20.6). Прикрепляя зажимы к гнезду, будьте осторожны, так как отверткой можно поцарапать системную плату, что часто приводит к повреждению электрической схемы или ее компонентов. Присоединяя зажимы, держите радиатор прямо над процессором, не наклоняя и не сдвигая его в ту или иную сторону. Очень часто теплоотводы поставляются с нанесенным термоинтерфейсом; в других случаях перед его установкой необходимо нанести на процессор слой теплопроводной смазки, обычно белого цвета. Смазка предотвращает образование воздушной прослойки и повышает эффективность работы радиатора. Если процессор поставляется в сборке с активным теплоотводом (т.е. с вентилятором охлаждения), подключите силовой кабель вентилятора к соответствующему разъему сис! темной платы. Иногда для подачи электроэнергии на вентилятор может ис! пользоваться силовой разъем дисковода.

4. При необходимости установите на системной плате корректное положение перемычек. Прочитайте в документации производителя платы, как правильно установить на плате перемычки для работы с конкретным процессором. Чаще всего необходимые функции выполняет BIOS, однако, если требуется что-то сделать вручную, обратитесь к документации, так как там должна быть схема, показывающая расположение перемычек, и таблица с вариантами их установки для разных типов процессоров. Если плата про! давалась с уже установленным на ней процессором, перемычки должны быть распо! ложены правильно, но проверить их все же не помешает.

6.3 Установка модулей памяти

Системная плата, конечно же, не будет работать без установленной на ней памяти. В современных платах используется три типа модулей памяти — DDR, DDR2 и DDR3.

Обычно первыми задействуются разъемы (или банки) с наименьшими номерами. Обычно системная плата закрепляется в корпусе одним или несколькими винтами и пластмассовыми стойками. Если корпус новый, сначала нужно вставить одну или несколько пластмассовых или металлических стоек в специально предназначенные для них отверстия.

Осмотрите предназначенные для стоек отверстия в плате. Если вокруг напаян металлический кант, отверстие предназначено для металлической стойки, а если канта нет — для пластиковой. Теперь металлические стойки нужно ввинтить в отверстия в шасси корпуса так, чтобы они расположились напротив соответствующих им отверстий в плате.

Ввинтите металлические стойки в шасси нового корпуса так, чтобы они совпали с соответствующими резьбовыми отверстиями системной платы 3. Сейчас системные платы чаще всего крепятся непосредственно к шасси или же к съемному “поддону” с помощью винтов, вкручиваемых в латунные стойки, которые сами вкручиваются соответственно в стенку шасси или поддон.

При использовании стоек, которые не прикручиваются, а защелкиваются, сначала закрепите их в системном блоке, затем положите на них системную плату (стойки должны быть видны через монтажные отверстия), после чего слегка надавите на нее, чтобы стойки прошли через отверстия.

Закрепив стойки в корпусе, аккуратно положите на них системную плату, согласовав положение стоек и монтажных отверстий, после чего прикрутите системную плату к стойкам с помощью винтов. представлен процесс прикручивания системной платы к поддону. Подключение блока питания Установить блок питания довольно просто: нужно лишь поместить его в соответствую! щий отсек корпуса (рис. 20.18) и привинтить несколькими винтами

Подключение к системной плате кабелей от устройств ввода%вывода и других соединителей Несколько соединительных проводов, идущих от материнской платы, подключаются к различным элементам корпуса компьютера. Они ведут к индикаторам питания и активно! сти жесткого диска, а также к кнопке сброса. В большинстве современных системных плат есть несколько встроенных портов ввода!вывода, их тоже нужно подключить. Это два IDE! адаптера, контроллер дисководов, два последовательных и один параллельный порт.

6.4 Установка накопителей

В этом разделе речь идет об установке жесткого диска, дисковода и приводов оптических дисков

1. Снимите направляющие с накопителя (если они установлены).

2. Для установки оптического накопителя просто вставьте его в корпус. Учтите, что под! ключить интерфейсный кабель IDE или SATA и задать положение перемычек проще до того, как накопитель будет закреплен.

3. После установки накопителя в отсеке корпуса согласуйте отверстия на накопителе и на корпусе. Закрепите накопитель с помощью четырех винтов, которые поставлялись вместе с корпусом или накопителем . При использовании направляющих просто зафиксируйте их в корпусе.

4. Если в системном блоке имеется съемный отсек, используемый для установки накопителей на гибких и жестких дисках, изымите его.

5. Для установки дисковода и жестких дисков снимите соответствующий отсек, поместите в него устройства и закрепите с помощью винтов. Перед этим не забудьте установить в нужное положение все перемычки и переключатели на накопителе. Подключите интерфейсный кабель ко всем установленным устройствам.

6. Если в системе имеется съемный отсек, установите в него накопитель и вставьте его в корпус компьютера, закрепив винтами, которые прилагаются к корпусу.

7. Подключите кабели накопителей к системной плате. Подробные сведения об установке перемычек и подключении кабеля представлены в главах 7 и 12.

6.5 Установка нового видеоадаптера и драйвера

1. В случае необходимости выкрутите винт и снимите крышку сзади слота расширения, который понадобится для нового видеоадаптера.

2. Установите видеоадаптер в нужный слот (обычно AGP или PCI Express).

3. Легко надавите на плату адаптера и, если нужно, усиливайте давление с одной и другой стороны адаптера попеременно, пока адаптер полностью не войдет в разъем.

4. Прикрутите держатель видеоадаптера к задней стенке системного блока.

5. Подключите кабель монитора к разъему адаптера. Если новый видеоадаптер оснащен разъемом DVII, а монитор — только 15 контактным VGA, воспользуйтесь соответствующим переходником (иногда поставляемым вместе с адаптером или продающимся отдельно).

6.6 Установка плат расширения

Чаще всего на платах расширения находятся сетевые адаптеры (кабельные или беспроводные), модемы, звуковые адаптеры и контроллеры SCSI. Для их установки на системной плате есть специальные разъемы расширения.

1. Аккуратно возьмите плату за края, не касаясь микросхем и электрических соединений. Опустите ее нижний край с нанесенными на него металлическими контактами в соот! ветствующий разъем. С силой нажмите на верхний край платы, чтобы она встала на место (рис. 20.26).

2. Винтом прикрутите плату к корпусу компьютера.

3. Подключите к вставленной плате все необходимые кабели. Если доступно множество разъемов, устанавливайте карты расширения так, чтобы обеспечивался свободный поток воздуха между ними. Лучше отделить от других карт расширения графический адаптер, так как он вырабатывает самое большое количество тепла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была описана история развития ЭВМ машин, персональных компьютеров; разбор принципов рабооты микропроцессоров, их главных параметров, типов и архитектуры; описание процессоров компании Intel; изложения руковоства по сборке персонального компьютера.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мюллер Скотт «Модернизация и ремонт ПК» 2009. – М.: Вильямс 2009. – 1512 с.: ил. ISBN 978-5-8459-1497-2

2. Маликов К.Б. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (МП) Cyberlink. — 2018. — C.1-3. — ил. https://cyberleninka.ru/article/v/perspektivy-razvitiya-mikroprotsessorov-mp41.

3) Акиншин Л. ПРОЦЕССОРЫ INTEL CORE I3/I5/I7: ЧТО НОВОГО. Cyberlink. — 2010. — C.109-112. — ил. https://cyberleninka.ru/article/n/protsessory-intel-core-i3-i5-i7-chto-novogo-1

https://ru.gecid.com/cpu/sravnenie_intel_core_i7-9700k_s_core_i9-9900k_core_i7-8700k/