Аппаратное обеспечение персонального компьютера

   МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
     Государственное образовательное учреждение высшего профессионального 
                    образования «Пензенский государственный университет» 
                  Кафедра «Математическое обеспечение и применение ЭВМ»

 

 

 

 

                                                         

 

                                                                         ОТЧЕТ 
                                              по лабораторной работе № 1  
                        «Аппаратное обеспечение персонального компьютера»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                  Выполнил: ст. гр. 12МС1 
                                                                                                                            Тряпицын Д. Н. 
                                                                                                            Проверил: к. т. н., доцент 
                                                                                                                            Такташкин Д. В. 
 
 
 
 
 
                                                            Пенза 2012

                                                    Лабораторная работа №1 
                    Тема: «Аппаратное обеспечение персонального компьютера»

Цель работы: изучение структуры и принципов работы персонального компьютера,      
  характеристик  его основных блоков. Получение информации о компьютере   средствами операционной системы Windows.

                          1. ВНУТРЕННИЕ УСТРОЙСТВА ПК.

1.1.Микропроцессор

     Самым  главным  элементом  в   компьютере,   его   «мозгом»   является микропроцессор – электронная схема, выполняющая все вычисления  и  обработку информации.  Скорость  его  работы  во  многом   определяет   быстродействие компьютера. А началось всё  с  появлением  скромной  по  своим  возможностям микросхемы  Intel  4004  – первого микропроцессора,  созданного  в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом.

     Изначально эта микросхема  предназначалась  для  микрокалькуляторов  и была изготовлена по заказу японской фирмы. К счастью  для  всех  нас,  фирма эта обанкротилась. С  этого  момента   и   началась   эпоха   персональных компьютеров. Прошло несколько десятилетий. Ученые  выявили  закономерность, назвав её «законом Мура»: ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ!

    На первый  взгляд  процессор  это  просто  выращенный  по  специальной технологии кристалл кремния.  Однако камешек этот содержит в себе  множество отдельных элементов –  транзисторов,  которые  в  совокупности  и   наделяют компьютер способностью «думать».  Процессор  состоит  из  нескольких  важных деталей:  собственно   процессора   –   «вычислителя»   и   сопроцессора   – специального  блока  для  операций  с  «плавающей  точкой»  (или   запятой).

    Применяется процессор для особо точных и сложных  расчётов,  а  также  для работы с рядом графических программ.

1.2 Кэш память

    Кэш - память первого уровня – небольшая (несколько десятков  килобайт) сверхбыстрая память, предназначена для хранения промежуточных результатов.

    Кэш-память второго уровня – память чуть медленнее, зато  больше  –  от 128 до 512Кб. Она может быть интегрирована на самом кристалле процессора,  а может – отдельно, в  виде  дополнительного  кристалла  (как  на  процессорах Pentium II).

    В  настоящее   время  в  компьютерах   используются  процессоры, разработанные фирмами Intel, AMD, Cyrix и IBM.  Процессоры  отличаются  друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и  тактовой  частотой. Чем выше тактовая  частота,  тем  выше  производительность  и  цена  процессора.

    Тактовая  частота   указывает, сколько  элементарных  операций (тактов) выполняется за  одну  секунду.  Тактовая  частота  измеряется  в  мегагерцах (МГц). Современные процессоры фирмы Intel достигают тактовой частоты в 1900 МГц  (Pentium  4).  Фирма,  составляющая  наибольшую  конкуренцию им   AMD, выпускает процессоры до  1400  МГц  (AMD  Thunderbird).  В соответствие  со стандартом PC2000 – на домашние компьютеры рекомендуется  ставить  процессор с тактовой частотой не ниже 500 МГц.

    Следует заметить, что разные поколения процессоров выполняют одни и те же операции (например, деление или умножение) за разное  число  тактов.  Чем выше поколение процессора, тем, как правило, меньше тактов требуется  для выполнения одних и тех же операций. Например, процессор Intel  Pentium  II работает раза в  два  быстрее,  чем  процессор  Intel  CELERON  с такой же тактовой частотой. За 20-ю историю массового  развития  компьютерного  рынка сменилось семь поколений процессоров  фирмы  Intel:  8088,  286,  386,  486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Кроме того, в каждом  поколении существует ещё и целая серия отличающихся друг от друга  моделей. Например, в поколении Pentium II их три: «обычный» Pentium II, «облегчённый  вариант» Celeron  и сверхмощный Xeon,  предназначенный для больших   промышленных компьютеров. Однако процессоры фирмы Intel очень дороги, здесь и всплывает конкурент. При  гораздо  меньшей  цене  AMD предлагают микропроцессоры в некоторых параметрах  обходящие  микропроцессоры  Intel.  Например,  AMD  K7 Thunderbird 1000 МГц стоит 2947руб, а процессор Intel Pentium III 1000  МГц стоит 6318руб.!

1.3 Оперативная память

     Оперативная память  (RAM,  ОЗУ)  обеспечивает  работу  с программным обеспечением.  Из  неё  процессор  и  сопроцессор  (устройство,   помогающее выполнять процессору сложные математические вычисления)  берут  программы  и исходные данные для обработки. Характеристика оперативной  памяти  –  объём, измеряемый  в  мегабайтах  (Мб).  Оперативная  память  выпускается  в   виде микросхем, собранных в специальные модули: SIMM, DIMM  или  новейший  модуль RIMM. Каждый модуль может вмешать от 1 до  512  Мб.  Лучшие  модули  памяти, поступающие на наш  рынок,  украшены  лейблом  Kingstone,  Micron,  Samsung. Конечно, «безымянные» модули  собираются  из  таких  же  микросхем  и  стоят намного дешевле, но переплата нескольких десятков  долларов  за  фирму  себя окупает.

     Чтобы  компьютер  работал,  необходимо,  чтобы  в  его  оперативной   памяти находились программа и данные. А попадают они туда  из  различных  устройств компьютера. Таким образом, для компьютера необходим обмен информацией  между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется  вводом- выводом. Но этот обмен  не происходит непосредственно: между  любым  внешним устройством и оперативной памятью в  компьютере  имеются  два  промежуточных звена:

1.4 Контроллеры и адаптеры

     1) Для каждого внешнего устройства в компьютере  имеется электронная схема (контроллер или адаптер), которая им управляет. Некоторые  контроллеры (например,   контроллер   дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

     2)  Все контроллеры и адаптеры  взаимодействуют с процессором   и оперативной памятью через системную магистраль передачи  данных,  называемой шиной.  Шина  –  системная  плата,  обеспечивающая  ввод-вывод   информации. Характеристикой шины является скорость обмена.

     Основные типы шин (расположены  в  порядке  улучшения  характеристик): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP.  Разъёмы-«слоты» стандарта PCI. Создан он  около 10 лет назад и сегодня является основным стандартом слотов  для подключения дополнительных устройств. Разъёмы  PCI  – обычно самые короткие, белого цвета, разделенные своеобразной «перемычкой» на две неравные части. Ранее в слот PCI устанавливалась и видео карта, теперь для этой цели  служит разъем AGP (Advanced Graphic Port). Это специальный, более быстрый с точки  зрения пропускной способности слот. Остальные слоты в новые компьютеры не устанавливаются.

     Для упрощения  подключения  устройств  электронные  схемы  состоят  из нескольких модулей – электронных плат. На основной  плате  компьютера  – системной (материнской) – располагаются процессор, сопроцессор, оперативная память  и шина.  Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах вставляющихся в унифицированные  разъёмы  (слоты)  на  материнской плате. «Гнездо» для установки процессора: для каждого форм-фактора  процессора существует свой тип материнской платы, как правило, несовместимый  с  другими  процессорами. Так в гнездо для процессора Pentium III нельзя установить   процессор AMD K7. И наоборот.

     Итак, сегодня на рынке существует три материнских платы, для установки трёх разных классов процессоров:

• платы с разъёмом Slot 1 предназначены для процессоров фирмы  Intel. Тип разъёма – слот (длинное щелевидное гнездо).
• платы с  разъёмом  Socket-370  предназначены  для  установки  новых процессоров Celeron фирмы Intel (частота от 400 МГц). Тип разъёма – квадратное гнездо.
• платы с разъёмом Super  Socket 7 (Socket A) предназначены  для «альтернативных» процессоров фирм AMD, Cyrix, IBM и других. Тип разъёма – квадратное гнездо.

     Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах, является контроллер портов ввода-вывода.

     Типы портов:

• параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры;
• последовательные асинхронные порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются мышь, модем и т. д.;
• игровой порт – для подключения джойстика;
• порт USB (USB 2) – недавняя разработка - порт с наивысшей скоростью ввода-вывода, к нему подключаются новые модели принтеров, сканеров, модемов,  мониторов и т.д. Одним из его достоинств является возможность подключения целой цепочки устройств. Например, через один порт USB подключен принтер, через  принтер подключен сканер и т.д.

 

     Некоторые устройства могут подключать и к параллельным, и к последовательным портам, и к порту USB (USB 2). Самый быстрый обмен осуществляется через порт USB 2, затем USB, параллельные же порты выполняют ввод-вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).

1.5 Видеоадаптер

     Видеоадаптер (видеоконтроллер, видеокарта) предназначен для работы в графическом режиме. Главной задачей современной видеокарты является поддержка объёмной, трёхмерной графики (3D). Никогда не помешает и дополнительная возможность видеокарт – TV тюнер – приём телевизионного сигнала. Главной характеристикой является  объём памяти. Современные графические приложения и игры требуют от видеокарты наличие как можно большего количества памяти (желательно 16, 32, а ещё лучше 64 Мб). Однако не все могут позволить купить себе даже 16 Мб видеокарту, поскольку цены на них остаются ещё достаточно высокими.

1.6 Жесткий диск

     Жесткий диск (винчестер, HDD) – предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе компьютера: операционной системы, документов, игр и т.д. Основными характеристиками жесткого диска являются его емкость, измеряемая в гигабайтах (Гб), скорость чтения данных, среднее время доступа, размер кэш-памяти. Для современного домашнего компьютера необходим жесткий диск объёмом не менее 10 Гб. Информация хранится на одной или нескольких круглых пластинках с магнитным слоем, над которыми летают магнитные записывающие головки. Винчестеры подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов-кабелей, каждый из которых рассчитан на два устройства.

1.7 Внутренний динамик

     Внутренний динамик (PC Speaker) – устройство, предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Например, в начале загрузки компьютера происходит тестирование оборудования. Ниже приведена таблица звуковых сигналов, возникающих при самотестировании компьютера.

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 3 коротких	Неисправность видеокарты
1 длинный и 2 коротких	Неисправность видеокарты

     Кроме того, внутренний динамик  может  использоваться  некоторыми  DOS программами и играми.

1.8 Звуковая карта

     Звуковая карта – устройство, необходимое для редактирования и вывода звука, посредством звуковых колонок. Существуют 8, 16 и 20 разрядные (битные) карты. Для домашнего компьютера хватает 16 битной звуковой карты, поскольку 20 битные – профессиональные карты для программистов, занимающихся музыкой на компьютере, да и стоит такая карта намного дороже других.

1.9 Устройства CD

1.9.1 Устройство для чтения  компакт-дисков (CD-ROM)

     Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM) предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая емкость дисков, быстрый доступ,  надежность, универсальность, низкая стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства – скорость. Самые первые CD-ROM – 1-скоростные. Сейчас появились 52-скоростные CD-ROM. Что значит 52 скоростной привод? Это значит, что  он  читает данные в 52 раза быстрее самого первого 1 скоростного (150 Кб/с) CD-ROM. Следовательно, 52 умножаем на 150… 7800 килобайт в секунду! Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM – не возможность записи информации. Для этого необходимы  другие устройства.

1.9.2 Устройство однократной  записи CD-R

     CD-R –  дисковод  с возможностью однократной записи  информации на специальный диск, в России их называют «болванками». Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.