Как устроен компьютер?

Современный компьютер – это универсальная машина для обработки информации. Любая информация внутри компьютера представлена в цифровом виде, и все действия над ней сводятся к простым арифметическим и логическим операциям. Поэтому компьютер еще называют электронно-вычислительной машиной (ЭВМ); в переводе с английского слово «computer» означает «вычислитель».

схема

ЦЕНТРАЛЬНЫМ устройством любого компьютера является процессор. Именно он преобразует информацию по заданной программе. Процессор содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройства управления (УУ) и некоторые другие компоненты. Устройство управления выбирает из оперативной памяти команды и данные; данные обрабатываются в АЛУ в соответствии с командами. В современных компьютерах процессор выполнен в виде одной микросхемы и потому называется еще микропроцессором.
В оперативной памяти (ее еще называют ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) хранится программа, которую компьютер выполняет в данный момент, и данные, которые в настоящий момент обрабатываются. Модуль оперативной памяти ПК представляет собой несколько микросхем, размещенных на небольшой плате.
Данные в оперативной памяти могут храниться только тогда, когда компьютер работает. Если питание выключить, данные стираются. Для долговременного хранения данных и программ используются накопители: жесткие магнитные диски («винчестеры»), гибкие магнитные диски (дискеты), компакт-диски и др. Сразу после включения питания в ОЗУ нет никакой программы. Однако без программы процессор работать не может. Поэтому каждый компьютер содержит постоянное запоминающее устройство – ПЗУ. Данные в ПЗУ сохраняются и тогда, когда компьютер выключен. После включения процессор сразу начинает выполнять размещенную в ПЗУ программу. А она уже обеспечивает загрузку в ОЗУ других программ с дисков или прочих накопителей.
В некоторых простых компьютерах, например карманных, накопители не предусмотрены, и компьютер постоянно работает под управлением программ, размещенных в ПЗУ.
Кроме процессора, запоминающих устройств и накопителей, компьютер содержит также устройства ввода и вывода информации. Основное устройство вывода – монитор: на нем отображается процесс и результаты работы программ. Для ручного ввода команд и данных используются клавиатура и мышь.
У большинства настольных компьютеров процессор, запоминающие устройства и накопители объединены в одном корпусе, называемом системным блоком. К системному блоку с помощью разъемов, размещенных на его задней стенке, подключаются все остальные устройства.

Компьютер изнутри
Большинство современных ПК основаны на архитектуре, унаследованной от компьютеров IBM PC (персональный компьютер фирмы IBM), выпускавшихся в первой половине 1980-х годов. Их по традиции называют IBM-совместимыми, или просто PC. Основная особенность компьютеров PC в том, что владелец компьютера может сам покупать различные новые компоненты и модернизировать свой ПК или дооснащать его устройствами, производимыми разными фирмами. Благодаря этой особенности, называемой открытостью архитектуры, IBM-совместимые компьютеры и получили такое широкое распространение.
Рассмотрим устройство такого компьютера.
Системный блок содержит, во-первых, системную плату (ее еще называют материнской платой, так как по-английски она обозначается чаще motherboard, чем system board). На системной плате размещены процессор, микросхема ПЗУ, содержащая программу начальной инициализации компьютера, модули оперативной памяти, интерфейсы к накопителям и другим внешним устройствам. Все эти элементы связаны между собой посредством так называемого чипсета (англ. chip set – набор микросхем). Чипсет представляет собой несколько впаянных в плату микросхем и выполняет функции соединителя всех остальных компонентов компьютера. Процессор обычно вставлен в разъем; его можно легко вынуть и заменить другой, более совершенной моделью.
На системной плате также имеется несколько разъемов (слотов) расширения. В них можно вставлять новые компоненты: видеоплаты, звуковые платы, внутренние модемы, адаптеры сети и многое другое.
В корпусе системного блока также размещен блок питания, который преобразует переменное напряжение электрической сети в набор постоянных напряжений, необходимых для питания различных элементов компьютера. В корпусе предусмотрены отсеки для накопителей: жесткого диска (как правило, несъемного), дисководов для дискет и оптических дисков.

Устройства ввода
Клавиатура и мышь – это основные устройства ввода. С помощью клавиатуры в компьютер вводятся команды, тексты (в том числе тексты программ), числовые данные и др. Мышь используется для указания элементов на экране, для рисования и др. Курсор – это графический элемент, показывающий, в каком месте на экране будут вводиться данные. В современных операционных системах используется несколько видов курсора, например текстовый курсор и курсор мыши. Текстовый курсор обычно выглядит как мигающая черта и показывает, в каком месте экрана появится символ, если он будет введен с клавиатуры. Курсор мыши выглядит как наклонная стрелка; его можно перемещать по всему экрану, передвигая мышь. Нарисованный на экране объект можно активировать, если навести на него курсор и нажать кнопку мыши.
Сканер относится к периферийным устройствам ввода. С его помощью в компьютер вводится напечатанный на бумаге текст, картинки, фотографии.
Джойстик – это специализированное устройство ввода, предназначенное в основном для управления компьютерными играми. Джойстики бывают в виде рычагов с кнопками, руля и педалей, штурвала самолета. Джойстик подключается к специальному игровому порту.
Кроме того, большие массивы информации и программы в компьютер можно вводить со съемных накопителей, по сети и другими способами.

Устройства
вывода
Видеоплата относится к устройствам вывода и формирует изображение на экране монитора. Графическая видеоплата (все современные видеоплаты графические, так как отображают на экране монитора не только текст, но и графику) содержит собственную оперативную память (где каждый маленький участок памяти соответствует точке на экране монитора), собственный процессор для выполнения сложных графических вычислений и преобразователь содержимого видеопамяти в видеосигнал. Видеоплата может быть выполнена как отдельное устройство, вставляемое в разъем расширения, или интегрирована в системную плату.
Видеоплата работает в паре с монитором. На экране монитора отображаются процесс и результаты работы программ. Мониторы бывают электронно-лучевые и жидкокристаллические. Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) отличаются крупными габаритами, но зато они дешевы и точнее передают цвета. Черно-белые ЭЛТ-мониторы меньше утомляют глаза и применяются там, где оператор должен весь день провести за компьютером, например в банках и магазинах. Жидкокристаллические мониторы – компактные, дают четкую картинку без геометрических искажений, однако они дороги и имеют некоторые ограничения по выводу изображения. ЖК-мониторы более безопасны для здоровья, чем ЭЛТ-мониторы.
Принтер – печатающее устройство. Позволяет печатать графику и тексты (некоторые принтеры могут печатать на конвертах, самоклеящейся или прозрачной пленке, бумажной ленте, компакт-дисках и др.) Принтеры бывают цветные и черно-белые. Самые простые и дешевые цветные принтеры – струйные: в них чернила разбрызгиваются на бумагу мелкими капельками, сочетание нескольких цветов позволяет получить нужный оттенок.
Лазерный принтер «рисует» изображение лазерным лучом на светочувствительном барабане, который теряет в этих местах электрический заряд и притягивает к себе красящий порошок – тонер. Затем тонер переносится на бумагу, подогревается и расплавляется для закрепления. Лазерные принтеры дороги, но печатают с высокой скоростью. Самые дорогие лазерные принтеры – цветные.
Если требуется печать больших объемов данных с невысоким качеством (например, финансовая информация), используются матричные принтеры, в которых ряд иголочек ударяет по листку бумаги через красящую ленту. В кассовых аппаратах часто используются термопринтеры с бумагой, которая меняет свой цвет при нагревании.
Принтеры подключаются к компьютеру через параллельный порт или USB.

Устройства связи
Аппаратный интерфейс – это технические и программные средства, обеспечивающие связь между разными устройствами компьютера. Параллельный интерфейс позволяет передавать за один раз целый байт или «слово» информации (каждый бит по своему проводу); он применяется для быстрой связи на небольших расстояниях. Последовательный интерфейс за одну посылку передает один бит и в общем случае работает медленнее, но позволяет передавать данные на большие расстояния; кроме того, кабель последовательного интерфейса содержит меньше проводов и потому надежнее. Современные последовательные интерфейсы, такие как USB и IEEE1394, уже превосходят по скорости параллельные, и поэтому вытесняют последние.
В IBM-совместимых компьютерах применяются параллельные интерфейсы IDE (для подключения жестких дисков, приводов компакт-дисков), LPT (принтер, сканер), PCI (шина для подключения плат расширения), AGP (шина для подключения быстродействующих видеоплат); последовательные интерфейсы COM (модем, мышь), USB (мышь, принтер, сканер, web-камера и др.), специальные интерфейсы (клавиатура).
Модем обеспечивает связь двух компьютеров по телефонной линии, преобразуя цифровые данные в аналоговый (звуковой) сигнал и наоборот. Внутренний модем представляет собой плату, вставляемую в разъем расширения на системной плате, внешний модем выполняется как отдельное устройство и подключается к компьютеру через последовательный интерфейс. Чаще всего модемы используются для подключения к Интернету.
Сетевая плата обеспечивает связь компьютеров по локальной сети и включается в разъем расширения на системной плате. Если сервер локальной сети подключен к Интернету, то компьютеры связываются с глобальной сетью через сетевую плату.

Накопители
Жесткий диск (винчестер) – основной вид накопителя, которым оснащаются почти все настольные компьютеры. Способ хранения данных – магнитная запись на твердых дисках, изготавливаемых из металла или стекла и покрытых сверху магнитным слоем. Винчестер обычно состоит из 2-4 дисков, собранных в пакет. Для считывания (записи) с каждой поверхности каждого диска используется собственная магнитная головка. Жесткий диск – наиболее чувствительное к механическим воздействиям устройство. Если работающий компьютер резко ударить или сдвинуть, то можно повредить жесткий диск. Жесткий диск подключается к системной плате по интерфейсам IDE или SCSI.
Дисковод для гибкого диска – накопитель для съемных 3,5-дюймовых дискет. Дискета представляет собой гибкий магнитный диск, заключенный в пластмассовый конверт. Ее емкость – 1,44 Мбайт – уже недостаточна для большинства современных приложений.
Накопитель на оптическом диске – привод компьютерного компакт-диска (CD-ROM) или диска DVD. Обычные приводы только считывают информацию с дисков, но существуют диски и приводы, которые однократно или многократно позволяют записывать информацию. Считывает и записывает информацию лазерный луч. Благодаря приводам CD-ROM слушают звуковые компакт-диски и смотрят записанные на CD фильмы, с помощью приводов DVD смотрят видеофильмы.

Конфигурация
КОНФИГУРАЦИЕЙ КОМПЬЮТЕРА называют характеристики устройств, которые в этот компьютер включены. Например, в прайс-листе компьютерной фирмы указана такая конфигурация: CEL450/128Mb/8.4Gb/ATI32MB/SB 16/ 50x CDD/3.5“/ATX. Это следует читать так: процессор Celeron с тактовой частотой 450 МГц, 32 Мбайт ОЗУ, жесткий диск емкостью 8,4 Гбайт, видеоплата ATI с 32 Мбайт видеопамяти, 16-разрядная звуковая плата («sound blaster»), привод CD-ROM, работающий с 50-кратной скоростью, 3,5-дюймовый дисковод, форм-фактор корпуса ATX.
ИЛИ: Athlon MP-2200+x2 (Dual CPU)/40 Gb HDD/128 Mb DDR-266 Kingston DRAM/MB ASUS A7M 266-D/ATI 8 Mb/ Audiocard/ FDD 3.5”/ATX IN WIN IW-S500/P4. Это читается так: два процессора Athlon MP с тактовой частотой 2200 МГц, жесткий диск на 40 Гбайт, 128 Мбайт памяти DDR-266 фирмы Kingston, системная плата A7M266-D фирмы ASUS, видеоплата ATI с 8 Мбайт видеопамяти, звуковая плата, 3,5-дюймовый дисковод, корпус форм-фактора ATX фирмы IN WIN модель IW-S500, допускающий установку процессора Pentium 4.

Поиск по сайту: