Budowa komputera osobistego (PC) - andrzej.edu.pl
advertisement
Budowa i działanie komputera Krzysztof Chabuda klasa II „a” Co to jest komputer? KOMPUTER - elektroniczna maszyna licząca (z ang. compute – obliczać), urządzenie elektroniczne służące do automatycznego przetwarzania informacji (danych), przedstawionych cyfrowo (tzn. za pomocą odpowiednio zakodowanych liczb). Jednostka centralna Klawiatura, myszka Zestaw komputerowy Monitor Współczesny komputer to zespół urządzeń wewnętrznych oraz zewnętrznych złożony w tzw. zestaw komputerowy, gdzie rodzaje zastosowanych urządzeń określają przeznaczenie oraz zdolności operacyjne komputera. Rodzaje komputerów Ogólny podział komputerów: • superkomputery stosowane w nauce • duże komputery (ang. mainframe) stosowane np. w bankowości • minikomputery (najczęściej jako serwery) stosowane do obsługi mniejszych przedsiębiorstw, grup użytkowników, sieci komputerowych. • mikrokomputery przeznaczone dla pojedynczego użytkownika (IBM, Macintosh) IBM ZSieries 990 – komputer klasy „mainframe”. Superkomputery zajmują ogromne pomieszczenia, posiadają dziesiątki a nawet setki procesorów. HP 9000 – serwer do zastosowań sieciowych Rodzaje komputerów Mikrokomputery, komputery osobiste (PC): Stacjonarne komputery osobiste: desktop oraz tower Laptop, notebook - przenośny komputer UltraPC – lekkie stacjonarnoprzenośne komputery osobiste Terminal roboczy – pełni funkcję komunikatora pomiędzy użytkownikiem a dużym komputerem (lub superkomputerem) Palmtop – komputer mieszczący się w dłoni, pełni funkcję notesu elektrycznego Podstawowe komponenty komputera stacjonarnego 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) monitor płyta główna procesor pamięć operacyjna karty rozszerzeń zasilacz napęd optyczny dysk twardy mysz klawiatura Dalej Monitor Monitor wyświetla informacje optyczne pozwalające oglądać wyniki pracy komputera. Jest on podłączony do karty graficznej komputera. Monitor CRT Wróć LCD Monitor kineskopowy (CRT) W tylnej części monitora kineskopowego znajduję się działo elektronowe (1), które emituje elektrony (2) w kierunku ekranu pokrytego od wewnątrz warstwą luminoforu . Miejsce, w którym elektrony uderzają w warstwę luminoforu, świeci w kolorze zależnym od rodzaju substancji, z której wykonano luminofor. Za pomocą pola elektrycznego (wytworzonego przez zespół kondensatorów) i/lub pola magnetycznego (wytworzonego przez zespół cewek indukcyjnych) wiązka elektronów jest skupiana (2) oraz odchylana (3) w sposób, który umożliwia zaświecenie każdego punktu na ekranie monitora. Monitory czarno-białe posiadają jedno działo elektronowe oraz jednorodną warstwę luminoforu. Kolorowe monitory posiadają zespół trzech dział elektronowych oraz maskę (4) wraz z odpowiednio złożoną warstwą luminoforu (5). Każdy ze świecących punktów na ekranie składa się z trzech subpunktów (czerwony, zielony i niebieski). Odpowiednia kombinacja jasności świecenia tych subpunktów luminoforu pozwala otrzymać praktycznie każdy kolor na ekranie monitora. Wróć Monitor ciekłokrystaliczny (LCD) Monitor ciekłokrystaliczny to urządzenie wyświetlające obraz w oparciu o mechanizm zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji uporządkowania cząsteczek chemicznych pozostających w fazie ciekłokrystalicznej, pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Wróć Płyta główna Płyta główna jest podstawowym komponentem komputera, umożliwiającym komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom. Wróć Widok z boku Schemat działania płyty głównej BIOS Wróć Schemat działania płyty głównej Głównym elementem płyty głównej jest chipset składający się zazwyczaj z dwóch układów zwanych mostkami. • mostek północny zajmuje się wymianą danych miedzy pamięcią a procesorem, oraz steruje magistralą AGP lub graficzną PCI-Express. • mostek południowy odpowiada za współpracę z pozostałymi urządzeniami takimi jak: dyski twarde, napędy optyczne, zintegrowane audio i LAN, karty rozszerzeń, USB itp. Wróć BIOS BIOS, Basic Input-Output System, program zapisany na stałe w pamięci ROM komputera. Jest on uruchamiany jako pierwszy po włączeniu komputera. Jego zadaniem jest testowanie sprzętu, uruchomienie systemu operacyjnego. W BIOSie użytkownik może ustawić parametry systemu takie jak zainstalowany w systemie sprzęt (dyski, pamięć operacyjna itp.), na podstawie których kontrolowane jest przesyłanie danych między poszczególnymi składnikami systemu. Organizacja pamięci BIOS-ROM Wróć Pamięć podręczna Procesor Budowa procesora Wróć Działanie procesora Budowa procesora PROCESOR stanowi główny element komputera, jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji. Budowa procesora Układy sterujące • Układy sterujące odpowiadają za dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, oraz przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania Arytmometr Rejestry • W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer. • W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń Wróć Działanie procesora Schemat blokowy procesora BU – blok komunikacyjny Prefetch – sortowanie i kolejkowanie kodu IU – dekodowanie ciągu poleceń EU – układ wykonawczy ALU – moduł obróbki liczb stałoprzecinkowych Kod programu Adres Prefetch AU MMU Dane BU Sygnały Kontrolne i sterujące IU (Dekoder) ROM FPU ALU CU Dane EU CU – blok sterowania przetwarzania modułu ALU FPU – moduł obróbki liczb zmiennoprzecinkowych AU – jednostka adresowania MMU – jednostka zarządzania pamięcią Wróć Pamięć podręczna Cache to podręczna pamięć procesora. Charakteryzuje się wyjątkowo krótkim czasem dostępu. Jest ona używana do przechowywania danych, które będą w niedługim czasie przetwarzane. Rozróżniamy dwa rodzaje pamięci Cache: • Pierwszego poziomu (Cache L1) zintegrowana z procesorem z którym porozumiewa się z częstotliwością równą częstotliwości wewnętrznej procesora, Tego typu pamięć ma zwykle pojemność od 16 do 64 KB. • Drugiego poziomu (Cache L2) znajdująca się zwykle na płycie głównej gdzie z procesorem porozumiewa się z częstotliwością taktowania zewnętrznego. W nowoczesnych komputerach jej pojemność wynosi zwykle 512, a czasem nawet 1024 KB. Wróć Pamięć Cache CPU Kontroler Cache Pamięć podręczna wspomaga pamięć główną Pamięć Pamięć operacyjna Pamięć operacyjna – urządzenie służące do przechowywania danych operacyjnych. Rodzaje pamięci: • ROM – (tylko do odczytu) służy do przechowywania stałych elementów oprogramowania • RAM – (do odczytu i zapisu) można w niej zapisywać i odczytywać informacje, wymaga stałego zasilania aby podtrzymywać przechowywane dane Rodzaje pamięci ze względu na budowę: SIMM FPM (Single Inline Memory Module), (Fast Page Mode) – 30 pinowe • SIMM EDO RAM (Extended Data Output), (Random Access Memory) – 72 pinowe • DIMM SDRAM (Double Inline Memory Module), (Synchronous Dynamic Random Access Memory) - 168 pinowe • DDR SDRAM (Double Data Rate) - 184 pinowe • RIMM RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory) • DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2). Wróć Karta graficzna Karty rozszerzeń Karta dźwiękowa Wróć Karta sieciowa Karta graficzna Karta graficzna, jeden z najważniejszych komponentów zestawu komputerowego. Karta graficzna może być zintegrowana z płytą główną komputera, częściej jest to osobna karta rozszerzeń (jak na rys.). Najważniejszymi parametrami karty graficznej są: szybkość pracy, ilość pamięci, rozdzielczość i ilość kolorów wyświetlanego obrazu i inne. Karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów: • płytki drukowanej, • głównego procesora, • pamięci wideo, • układu RAMDAC (który często jest zintegrowany z procesorem w jednej obudowie) Karty graficzne budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI, AGP Gniazdo podłączenia monitora Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej Główne zadanie karty graficznej to przetwarzanie obrazu cyfrowego generowanego przez układy komputera na sygnał „zrozumiały” dla monitora (może to być sygnał: analogowy lub cyfrowy). Wróć Zasilacz komputera Zasilacz, czyli PSU (z ang. Power Supply Unit), dostosowuje napięcie, prostuje prąd płynący z sieci (Polska 230V), do potrzeb komputera na złącza ATX i inne. Standardowe napięcia to 3,3V, 5V i 12V, reszta to tzw. napięcia kontrolne, które służą do np. załączania zasilacza. Wnętrze zasilacza Wróć Wyróżniamy wiele złącz wyjściowych z zasilacza: -24 pin - obecnie stosowany do zasilania płyt głównych w standardzie ATX -20 pin - w starszych płytach, tez standardu ATX -4 pin - MOLEX do zasilania CD-ROMu, HDD itp. -6 pin - stosowany do zasilania regulatorów napięcia na procesorze VMC. Karta dźwiękowa Karta dźwiękowa, zwana też kartą muzyczną, jest to karta rozszerzeń umożliwiająca pracę z dźwiękiem na komputerze klasy PC. Dzięki nim można zarówno odtwarzać dźwięk, jak i tworzyć pliki dźwiękowe. Do karty dźwiękowej podłącza się takie urządzenia jak głośniki, wzmacniacz czy mikrofon bądź urządzenie MIDI (np. syntezator). Karty dźwiękowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI Gniazda wejścia i wyjścia sygnałów dźwiękowych Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej Główne zadanie karty dźwiekowej to przetwarzanie sygnałów cyfrowych na analogowe (przy odtwarzaniu dźwięków) lub odwrotnie (przy nagrywaniu dźwięków) Wróć Karta sieciowa Karta sieciowa, karta rozszerzeń niezbędna do podłączenia komputera do sieci LAN. Do karty sieciowej można podłączyć kabel koncentryczny lub kabel typu skrętka łączący komputer z siecią. Często karty mają możliwość podłączenia dwóch różnych typów kabla. Najważniejszym parametrem karty sieciowej jest jej prędkość transmisji, może ona wynosić 10 lub 100 Mbps. Diody sygnalizacyjne Karty sieciowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI Antena transmisyjna Gniazdo kabla sieciowego Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej Najnowsze karty sieciowe obsługują już nie tylko sieci kablowe ale także sieci radiowe. Wróć Napęd optyczny Napęd CD-ROM Wróć Napęd DVD Napęd CD-ROM CD-ROM, Compact Disk Read-Only Memory, popularny dysk kompaktowy zastosowany w komputerze jako pamięć tylko odczytywalna. Dane na dysku CDROM zachowywane są w formacie binarnym jako mikroskopijne wgłębienia w powierzchni dysku, za pomocą bardzo cienkiej wiązki lasera emitowanej przez napęd CD-ROM dane mogą być odczytywane. Na płycie CD może zmieścić się do 700 MB danych. Napęd CD-ROM CD-RW, Compact Disk Read-Write, jest dyskiem CD umożliwiającym wielokrotny zapis (do 1000x). Do zapisu tego nosnika stosowane są specjalne napędy które obsługują także tradycyjne nosniki Wróć Nośnik CD-RW Napęd DVD DVD, Digital Versatile Disc, rodzaj nośnika danych, przypominający płytę CROM. Ilość danych zapisanych na płycie DVD jest jednak dużo większa. Istnieje kilka możliwych sposobów nagrywania płyty DVD różniących się pojemnością płyty. Można na niej nagrać aż do 17 GB danych. Sposób zapisu danych na płycie DVD Napęd DVD przypomina budową CD-ROM Podstawowa różnica pomiędzy CD a DVD polega na tym że DVD zapisane jest po obu stronach przy dodatkowo większej gęstości zapisu. Do odtwarzania DVD (w przeciwieństwie do CD) potrzeba sprzętowego urządzenia do dekodowania informacji zapisanych na nośniku. DVD-R – najnowsze napędy obsługujące płyty DVD umożliwiają ich nagrywanie Wróć Nośnik DVD-R umożliwiający zapis Dysk twardy Dysk stały, dysk twardy (angielskie hard disk), pamięć dyskowa, w której nośnik magnetyczny jest nałożony na bardzo cienką warstwą (kilka µm) na niewymienną, sztywną płytę zwaną talerzem (lub zespół płyt na jednej osi), zamkniętą w hermetycznej obudowie. Pozwala na zapisywanie danych na stałe, bez ich utraty po odłączeniu zasilania. Dysk twardy Obecnie produkuje się dyski o pojemnościach Od kilkuset megabajtów do kilkuset gigabajtów Płyty – nośnik danych Głowice magnetyczne Wnętrze dysku twardego Wróć Głowice magnetyczne są umieszczone ruchomo nad warstwami nośnika, nie dotykając płyty. Konstrukcja mechaniczna dysku stałego wymaga dużej precyzji, ale zapewnia bardzo dużą pojemność pamięci oraz mały czas dostępu. Mysz Mysz (z ang. mouse) – urządzenie wskazujące używane podczas pracy z interfejsem graficznym systemu komputerowego. Rodzaje myszy: - ze względu na rodzaj komunikacji z komputerem dzielimy je na przewodowe i bezprzewodowe, -ze względu na sposób odczytywania informacji dzielimy je na mechaniczne i optyczne. Mysz przewodowa, kulkowa. Wróć Mysz bezprzewodowa, optyczna. Klawiatura Klawiatura służy do wprowadzania informacji do komputera. Dzielimy je na tradycyjne i multimedialne Klawiatury tradycyjne zawierające 104 klawisze standardowe i dodatkowo trzy klawisze ułatwiające obsługę niektórych funkcji systemu Windows i aplikacji pod nim pracujących. W typowych klawiaturach możemy wyróżnić blok podstawowy, tworzony głównie przez klawisze służące do pisana tekstów, blok funkcyjny (klawisze F1...F12), blok specjalny (m.in. klawisz Print Screen, Scroll Lock, Insert, Delete), blok kursora zawierający klawisze ruchu kursora, blok numeryczny pozwalający na szybkie wprowadzanie danych liczbowych. Klawiatury multimedialne są wyposażone w dodatkowe narzedzia ułatwiające obsługę programów mulimedialnych (np. regulację głośności, przewijanie ekranów itp.). Wróć Klawiatura tradycyjna Klawiatura multimedialna Architektura komputera z magistralą PCI i AGP Procesor Pamięć podręczna (CACHE) Płyta główna Karta graficzna Magistrala AGP Monitor Sterowniki układów pamięci (chipset): interfejs magistrali PCI, Interfejs magistrali AGP (IRQ, DMA) Pamięć RAM Karta dźwiękowa Karta telewizyjna Pamięć lokalna Magistrala lokalna PCI Magistrala ISA, EISA Lub MCA Karta sieciowa Kontroler dysków Standardowe Urządzenia wejścia i wyjścia Interfejs magistrali SCSI Magistrala SCSI Interfejs Magistrali zewnętrznej Urządzenia SCSI Co się dzieje gdy włączymy komputer? • • • • • • • • • • zaczyna pracować zasilacz, rozpędza się dysk twardy startuje płyta główna, a przede wszystkim program BIOS BIOS sprawdza parametry urządzeń wbudowanych do komputera jeśli testy wypadną pomyślnie BIOS szuka urządzenia na którym jest zainstalowany system operacyjny (OS), najczęściej jest to dysk twardy komputera po znalezieniu OS BIOS oddaje mu kontrole nad dalszym działaniem system operacyjny ładuje (kopiuje) z dysku twardego do pamięci operacyjne (RAM) swoje moduły – niezbędne do działania następnie system ładuje sterowniki kart graficznych, sieciowych, dźwiękowych, dodatkowe sterowniki obsługi dysku i inne sterowniki urządzeń system przenosi do RAM interfejs graficzny GUJ komputery pracujące w sieci próbują w tym czasie nawiązać łączność z innymi jednostkami na zakończenie system wczytuje czcionki, ustawienia i tematy pulpitu oraz programy folderu autostart Koniec
