Основы информатики. Лекция 4. Системный блок — блог сервисного центра ИТСА

Индекс материала

Персональный компьютер (ПК) — это универсальная техническая система, способная четко выполнять последовательность операций определенной программы, которой управляет один человек — пользователь. Взаимодействие с пользователем происходит через множество сред, от алфавитно-цифрового или графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мышки до устройств виртуальной реальности.

Открытая архитектура. До появления IBM PC все модели микрокомпьютеров имели закрытую архитектуру. Это означало, что аппаратные средства компьютера оставались для конечной пользователя недоступными, любая их модификация требовала достаточно высокой специальное квалификации в области электроники. Совершенствование микрокомпьютера оставалось уделом профессионалов-разработчиков, а пользователям приходилось довольствоваться тем, что они приобрели. С того момента, как на корпусе микрокомпьютера был завернут последний винт, системе необратимо старела. Это не означало, конечно, кризиса в производстве микрокомпьютеров, но спрос на них был весьма невелик, а производительность не могла быть даже сравнима с профессиональными мини-ЭВМ. Именно поэтому первоначально их чаще называли «домашними», а не «профессиональными».

Фирма IBM произвела в этой области настоящий переворот. Так как еще до появления ее первого микрокомпьютера IBM была фирмой-производителем больших вычислительных систем и мини-ЭВМ, она просто перенесла модульный принцип их построения в структуру микрокомпьютера. Именно в этом смысле его открытая архитектура допускает, если не побуждает, замену дополнительных устройств на новые, при старении прежних. Это качество поддерживается строго соблюдаемым правилом, выработанным производителями аппаратных и программных средств: все новые устройства и программы должны быть совместимыми по принципу «сверху-вниз», то есть последующие версии должны обслуживать все ранее существовавшие.

Преимущества подобного подхода очевидны:

во-первых, нет необходимости в целой замене системы, если возможно ее обновление «по частям»;
во-вторых, совершенствование своего микрокомпьютера становится делом самого пользователя, который больше представляет себе, что требуется от системы;
в-третьих, процесс ремонта сводится к замене не отдельного элемента, а устройства в целом, что можно сделать намного быстрее.

Так как сам по себе принцип открытой архитектуры не подлежит авторской и патентной защите, то, вследствие «клонирования» микрокомпьютеров сторонними фирмами-производителями, IBM стала быстро утрачивать монополию на контроль рынка микрокомпьютеров и терять доходы.

В настоящее время, большое количество производителей вычислительных систем разрабатывают свои модели, совместимые с этим стандартом и поэтому такие системы называют IBM аналоги или IBM совместимые.

Конфигурацию (комплектность) компьютерных систем настольного базирования (Desktop), вследствие открытости ее архитектуры, можно изменять по мере необходимости, однако существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной, в ее состав входят:

системный блок;
монитор;
клавиатура;
мышка.

Компьютеры также выпускаются и в портативном варианте (Laptop или Notebook). В силу технологических особенностей, эти системы имеют закрытую архитектуру. У портативных компьютеров системный блок, монитор и клавиатура размещены в одном корпусе: системный блок находится под клавиатурой, а монитор встроен в крышку.

Системный блок — основная составляющая микрокомпьютера, в середине которой находятся важнейшие компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называются — внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи — внешними или периферийными.

Корпус системного блока (Case). Его основа — это рама (1) к которой крепятся: блок питания (2), панель крепления материнской платы (3), передняя панель (4), а также секции для дисководов. Секции используются двух типов: для CD — ROM’ob — размером 5,25” (5), для FDD — размером 3,5” (6). Оба типа секций можно использовать для жестких дисков. Ну и конечно же крышки. В новых компьютерах спецификации АТХ их две: левая и правая (снимаются они раздельно), а вот в более старых компьютера крышка всего одна — П-образная.

Рис.1. Составные части корпуса системного блока

Существует два основных типа корпусов: Desktop (настольный, горизонтального расположения) и Tower (вертикального расположения). Следует отметить, что понемногу эти типы корпусов начинают перемешиваться, так как появились desktop’ы с вертикальным расположением, a Tower вообще всегда можно поставить на стол и он станет настольным, как подстольный или напольный вариант.

Desktop. Настольный блок. Как правило, такой компьютер ставится на стол, а монитор сверху. С одной стороны это удобно — ведь освобождается место под столом для ног и не надо наклоняться для того, чтобы вставить диск в CD — ROM. Но с другой стороны занимается больше места на столе. Поэтому недавно появились десктопы с возможностью поставить их горизонтально, то есть пользователь может выбрать наиболее подходящее ему положение блока. Только вот в этом случае необходимы специальные CD — ROM’ы, так как не каждый такой накопитель сможет загрузить диск в положении под 90 градусов. Высота десктопов, как правило, равна 20 см, ширина и длинна по 45 см, количество 5,25” секций 2 — 3, а 3,5” секций 1 — 2.

Рис.2. Привод CD-ROM или DVD-ROM

Slimline. Этот тип корпуса есть Desktop, только более тонкий. Ввиду этого, для таких корпусов был разработан специальный форм-фактор материнских плат. Дело в том, что высота корпуса не позволяет устанавливать платы расширения перпендикулярно материнской плате, поэтому придумали такое устройство, как карта адаптера. На материнской плате находится один общий разъем для подключения карты адаптера, на которой уже находятся разъемы шин, к которым подключаются карты расширения.

Вот и получается, что эти карты расположены параллельно материнской плате, поскольку корпуса Slimline выпускаются, как правило, самими производителями компьютеров, которые эти корпуса и наполняют. Исходя из опыта, можно сказать, что Slimline имеют больше недостатков, чем достоинств:

Во-первых, из-за того, что эти корпуса слишком тонкие, в них можно установить по одной — две 5,25” и 3,5” секции, что не всегда достаточно;
Во-вторых, из-за того, что все детали такого компьютера находятся максимально близко друг к другу, охлаждение их недостаточное и как следствие — перегрев.

Следует отметить тот факт, что компьютеры типа Slimline одни из самых экономичных, так как блоки питания их редко превышают мощность в 150 Вт. Толщина этого типа блоков примерно 8 см, ширина – 35 см, длина — 45 см. Кстати, на фото можно увидеть пример вертикального расположения корпуса типа Slimline.

Рис.3. Корпус Slimline

Mini — Tower. Что можно сказать об этом типе корпуса? Размеры его достигают лишь 45(в)х20(ш)х45(д), т.е положите Mini — Tower на бок и получите по размерам Desktop (существуют даже корпуса, в которых можно вынуть блок с секциями и развернуть его на 90 градусов, что позволяет использовать их и как Mini — Tower и как Desktop). Между прочим, Mini — Tower’bi часто ставят рядом с монитором на стол. Размеры корпуса позволяют разместить в нем только по паре 5,25” и 3,5” секций, при этом скученность компонентов внутри блока не позволит как следует охлаждать их. Можно поставить дополнительный вентилятор, но опять же, из-за малого внутреннего объема, он будет маленьким, а значит и малопроизводительным, к тому же Ваш компьютер будет больше шуметь. С другой стороны, ввиду того, что высота небольшая, эти корпуса довольно устойчивы. В общем, для слабых по производительности компьютеров этот тип корпусов очень даже подходит. К тому же, как и Slimline, Mini — Tower довольно экономичен, так как мощность его блока питания редко превышает 200 Вт.

Midi — Tower. Этот тип корпуса по сути дела увеличенный в высоту Mini — Tower и является самым распространенным типом. Почему? Наверно потому, что он вобрал в себя наибольшее количество плюсов. Размеры Midi — Tower’oB: высота примерно 50 см, ширина — 20 см, а длинна — 45 см. Это позволяет ставить системные блоки как под стол, так и на него. Жизненное пространство внутри корпуса позволяет разместить внутри порядка 3-4 секций размером 5,25” и 2 секции размером 3,5”. Такие корпуса позволяют установить два накопителя CD — ROM и два жестких диска, не говоря про дисковод. Следует отметить и тот факт, что большее пространство позволяет потокам воздуха лучше охлаждать компоненты компьютера. Это значит, что компьютер в таком корпусе проработает дольше, так как температурный режим влияет на долговечность и работоспособность полупроводников. Есть возможность установки дополнительного, приемлемых размеров, куллера под 3,5” секциями, что очень немаловажно! Блоки питания таких корпусов имеют большую мощность, порядка 250 — 300 Вт, а иногда и 350 Вт. Для владельцев 15” мониторов это весьма приятный факт, так как многие мониторы такого размера по электропитанию подключаются не в обычную розетку, а имеют специальный разъем для подключения к блоку питания корпуса компьютера.

Big — Tower (Full — Tower). У Big — Tower’oв есть только один недостаток -его высота (правда, к недостаткам молено отнести и несколько больший вес, чем у предыдущих корпусов). Итак, высота немалая, порядка 63 см (ширина 20 см, длина 48 см). Кстати, иногда практикуют установку такого корпуса на стол для того, чтобы зарыть экран монитора от попадания лучей солнца или встраивают его в надстольные полки. Места внутри корпуса более, чем достаточно. Только стандартными путями можно установить два — три вентилятора. Дело в том, что корпус Big — Tower как бы разделен по горизонтали на две части: в верхней части находится блок питания и секции дисководов, а в нижней части — место для материнской платы с ее компонентами. В каждую часть можно установить по дополнительному вентилятору, которые не будут друг другу мешать. Для владельцев систем на базе процессоров от фирмы AMD, выбор Big — Tower а — прекрасное решение проблемы перегрева процессора. Кроме того, этот корпус имеет 6 (а иногда и 7) секций размером 5,25” и 2 секции размером 3,5”. Мощность блока питания достигает 350 Вт.

Рис.4. Корпуса Big – Tower или Full — Tower

File Server. Это один из самых дорогих корпусов. Разнообразие размеров довольно широко, но примерно составляет: высота от 73 см, ширина 30 — 35 см, а длина около 55 см. Требования к корпусам, типа File Server, очень высокие, оно и ясно — ведь там будет установлено оборудование не для обычных персональных компьютеров, а сервера и от их бесперебойной работы частично будет зависеть работа сети или интернета. Для серверов разрабатывают специальные многопроцессорные материнские платы. Также в корпус устанавливают несколько жестких дисков. Секций для них бывает порядка семи. Исходя из этого понятно, какие требования к системе охлаждения должны быть, ведь расположенные один над другим жесткие диски разогревают друг друга. Кроме этого, высокие требования предъявляются блоку питания. Давайте посчитаем: жесткий диск при запуске потребляет примерно 7 А. Если в корпусе 7 дисков, то суммарный ток будет равен 49 А. При напряжении в 12 В потребуется мощность в 588 Вт. Да, это уже проблема! И это еще без учета других компонентов. Кроме этого, большое количество вращающихся механизмов увеличивают вибрацию. Исходя из всех этих требований и получается очень высокая цена на корпуса типа File Server.

Рис.5. Корпус для сервера

Таб.1. Размеры корпусов (данные указаны приблизительно)

Корпусы персональных компьютеров имеют разные конструктивные особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).

Кроме формы и размера, для корпуса системного блока важен параметр, называемый форм-фактор. От него зависят требования к размещаемым устройствам.

Форм-фактор. Тип, размер, параметры корпуса и называют форм-фактором компьютера. Неважно, какая компания изготовила твой корпус, он соответствует единому стандарту, называемому форм-фактором. Этот стандарт описывает не только форму корпуса, но и размеры материнской платы, блока питания, их размеры и расположение, крепления, слоты и т.д. Кроме того, в стандарте указывается расположение различных компонентов на материнской плате: от процессора и памяти, до шин и портов.

Форм-фактор системного блока — это стандарт, описывающий конструкцию трех основных частей персонального компьютера: корпуса, блока питания и материнской платы.

XT PC. В 1983 году в IBM разработали спецификацию — XT PC. Соответственно изменились и материнские платы: вместо пяти слотов стало восемь, а расстояние между ними изменилось от 1 дюйма до 0,8 дюйма. К тому же, в PC использовалось устройство для хранения программ на кассетной ленте, так вот этот кассетный порт в XT PC убрали.

АТ. Полноразмерная материнская плата этого форм-фактора была разработана для компьютеров XT PC. Размеры ее были 30,5×33 см. Помещалась она в корпуса Tower или Desktop. Через год размеры были уменьшены и появился новый форм-фактор — Baby-AT.

Baby-AT. До 1996 года материнские платы этого форм-фактора были, пожалуй, самыми распространенными. Появился этот форм-фактор в 1983 году для XT PC компьютеров, но применялся он и для спецификации АТ. Полноразмерную плату АТ всегда можно заменить платой Baby-AT, но вот наоборот вряд ли может получиться. Дело в том, что размеры Baby-AT равны 33×22,5 см и не каждый корпус, сделанный под этот форм-фактор может позволить разместить материнскую плату типа АТ. Платы форм-фактора Baby-AT снабжены встроенным разъемом для подключения клавиатуры. Это может быть 5-штырьковый DIN или PS/2 (min-DIN). На данный момент времени платы этого форм-фактора практически не выпускаются, но встречаются среди пользователей очень часто.

LPX (Mini-LPX). В 1987 году компания Western Digital разработала системную плату с новым форм-фактором LPX. Эти платы предназначены для установки в корпуса типа Slimline и имеют только один интерфейс для подключения, как вы понимаете, одной платы. Эта плата называется плата адаптера или выносная плата (вообще-то названий несколько, например, Reiser Card). На такой карте размещены слоты шин, куда подключаются уже платы расширения, которые оказываются расположенными параллельно системной плате. Такое расположение позволяет значительно уменьшить высот>- корпуса, хотя и имеет несколько недостатков. На самой материнской плате расположены в ряд порты ввода/вывода, разъем для подключения монитора, разъемы для подключения клавиатуры и мыши, USB. Размеры системных плат LPX составляют 33×22,9 см. Позже появился форм-фактор Mini-LPX.

в стадии написания

В компьютерах IBM PC используют процессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм, относящиеся к семейству х86. Родоначальником этого семейства был 1 6-разрядный процессор Intel 8086. В дальнейшем выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386. Tntel 80486 с модификациями, разные модели Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Новейшей моделью фирмы Intel является процессор Pentium IV, . Среди других фирм-производителей процессоров следует отметить AMD с моделями AMD-Кб, Athlon, Duron и Cyrix.

Шина. С другими устройствами и, в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан группами проводников, которые называются шинами.

Основных шин, три:

шина данных;
адресная шина;
командная шина.

Шипа данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64-разрядная. Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.

Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине, трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить, а также данные, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, то есть она состоит из 32 параллельных проводников.

Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два. три и больше байта. Большинство современных .процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с командной шиной.

Шины на материнской плате используются не только для связи с процессором. Все другие внутренние устройства материнской платы, а также устройства, которые подключаются к ней, взаимодействуют между собой с помощью шин. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность ПК в целом.

Основные шинные интерфейсы материнских плат

ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт/с. В компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большей пропускной способности (звуковые карты, модемы и т.д.). На данный момент морально устарели. Не используются.

USВ (Universal Serial Bus). Стандарт последовательной универсальной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает подключать до 256 ратных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (то есть без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения.

Рис.7. usb-hub или usb тройник

Внутренняя память. Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, расположенные на материнской плате. К ним относятся оперативная память (ОЗУ), постоянная намять (ПЗУ) и энергонезависимая память (CMOS).

Оперативнаяпамять (ОЗУ) (RAM — Random Access Memory). Это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Она используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. Из нее процессор берет программы и данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название «оперативная» происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно ждать при считывании данных из памяти или записи. Однако, данные сохраняются лишь временно при включенном компьютере, иначе они исчезают.

По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM. Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической — для кэш-памяти.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В современных ПК на базе процессоров Intel Pentuim используется 32-разрядная адресация. Это означает, что всего независимых адресов есть 232, то есть возможное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. Однако это еще не означает, что именно столько оперативной памяти может быть в системе. Предельный размер объема памяти определяется чипсетом материнской платы и обычно составляет несколько сотен мегабайт.

Оперативная память в компьютере размещена на стандартных панельках, которые называются модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два выполнения — однорядные (SIMM— модули) и двурядные (DIMM— модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять лишь парами (количество разъемов для их установления на материнской плате всегда четное). DIMM — модули можно устанавливать по одному. Комбинировать на одной плате разные модули нельзя.

Рис.8. Оперативная память. SIMM слева, DIMM справа

Основные характеристики модулей оперативной памяти:

объем памяти,
время доступа.

SIMM — модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM — модули — 16, 32. 64, 128, 256, 512 Мбайт. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше. Измеряется в наносекундах. SIMM — модули — 50-70 не. DIMM — модули — 7-10

Постоянная память (ПЗУ) (ROM — Read Only Memory)

В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процессор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, лаже при отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, «зашиты» в ней — они записываются туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящийся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS Basic Input Output System) — это часть программного обеспечения микрокомпьютера, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку операционной системы. Управление устройствами осуществляется через механизм прерываний:

аппаратных (инициируются аппаратными средствами);
логических (инициируются микропроцессором);
программных (инициируются программным обеспечением).

Рис.9. Вид микросхемы BIOS на материнской плате

При включении микрокомпьютера автоматически загружается и выполняется специальная программа POST (Power-On Self-Test) из состава BIOS. Эта программа производит самопроверку и тестирование при загрузке:

проверка переключателей и CMOS-памяти на материнской плате, определение подключенной оборудования и др;
тестирование ОЗУ;
выполняет действия по загрузке операционной системы в ОЗУ и запуск ядра операционной системы;
выполняет другие специфические действия по подготовке микрокомпьютера и дополнительной оборудования к работе.

Поскольку доступ к ОЗУ осуществляется значительно быстрее, чем к ПЗУ, многие производители компьютеров создают системы таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из постоянного запоминающего устройства в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется Shadow Memory (теневая память).

В настоящее время, почти все материнские платы комплектуются Flash BIOS,т.е. BIOS, который в любой момент может быть перезаписан в микросхеме ПЗУ при помощи специальной программы.

BIOS, который поддерживает технологию Plug-and-Play, называется PnP BIOS. При использовании этой технологии BIOS должен быть обязательно прошит во Flash ROM.

Подводя итого можно сказать, что BIOS является своеобразной программной оболочкой вокруг аппаратных средств микрокомпьютера (самого нижнего уровня), реализуя доступ к аппаратным средствам через механизм прерываний. Также нужно отметить, что BIOS PC стандартизирован поэтому, в принципе менять его, также как, например, операционные системы нет необходимости. Дополнительные возможности компьютера можно использовать только применением нового программного обеспечения «зашитого» в ПЗУ.

ПЗУ с возможностью модификации CMOS

Выше было отмечено, что работа таких аппаратных средств как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в состав BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS не могут знать параметры дисков, установленных в компьютере пользователя, им собственно не известны ни состав, ни свойства компьютерной системы. Для того, чтобы начать работу с другим оборудованием, программы входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.

Специально для этого на материнской плате размещается «микросхема энергонезависимой», по технологии изготовления имеющая аббревиатуру CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается при выключении компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшого аккумулятора, который располагается на материнской плате. Заряда этой батареи хватает на то, чтобы поддерживать память CMOS, даже если компьютер не будет включаться несколько месяцев.

«Вход” в редактирование CMOS-памяти, как правило, осуществляется по нажатию клавиши DELETE(DEL) или F2 (на клавиатуре) сразу после включения компьютера в процессе работы POST- программы.

Содержание CMOS-памяти (основное):

системные часы;
информация по результатам диагностики POST-программы;
информация по наличию и типе FDD;
информация по наличию и типе HDD;
информация по наличию и типе CD;
размер ОЗУ;
наличие дополнительного оборудования.

Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь, даже в выключенном состоянии, тоже связано с CMOS. Именно здесь «хранится и течет» системное время.

CMOS и BIOS связаны между собой. Программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютерной системы из CMOS, после чего они могут выполнить обращение к нужному диску и передать управление соответствующей программе (операционной системе), которая там записана.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎