Персональний комп'ютер та його основні вузли

 Персональний комп'ютер та його основні вузли

Коротка історія персональних комп'ютерів

Поява ПК була підготовлена усією попередньою історією розвитку ЕОМ. Спочатку обчислювальні машини займали дуже великі зали, споживали багато енергії та дуже шуміли. Потім ЕОМ стали трохи меншими і почали працювати ефективніше, але ще потребували окремих приміщень. Найпотужніші ЕОМ розміщувалися в окремих комплексах, що нази­валися обчислювальними центрами (ОЦ). У ті не дуже далекі часи (70-ті роки) мало хто уявляв компактну ЕОМ, яку можна поставити на робочому столі. Про таку машину інженери та вчені могли тільки мріяти, а звичайним людям важко було пояснити, навіщо взагалі потрібна така обчислювальна машина.

Першою ластівкою став комп'ютер Kenbak-1, сконструйований Джоном Бланкенбейкером у 1971 р. Зовнішнім виглядом він більше нагадував авто­мобільний радіоприймач з індикаторними лампочками та перемикачами, ніж звичний для нашого ока персональний комп'ютер.

З 1971 р. по 1974 р. різні фірми створювали різноманітні моделі ПК. Однак завдяки обмеженим можливостям цих комп'ютерів вони мало кого приваблю­вали. По-справжньому користувачі та виробники зацікавилися персональними комп'ютерами у 1975 р., коли американська фірма MITS на основі мікропроцесора Intel 8080 розробила комп'ютер Altair. Цей персональний комп'ютер був значно зручнішим від своїх попередників та мав ширші можливості.

Значно досконалішу модель персо­нального комп'ютера створили у 1976 р. два молодих американці Стів Возняк та Стів Джобс. Свій комп'ютер вони назвали Apple і швидко розгорнули його вироб­ництво та продаж. Завдяки невисокій ціні (близько $500) першого ж року було прода­но близько 100 комп'ютерів. У наступному році вони випустили модель Apple II, котра мала материнську плату, дисплей, клавіа­туру і своїм зовнішнім виглядом нагадувала телевізор. Кількість замовників ПК почали рахувати сотнями й тисячами.

Персональні комп'ютери швидко вдосконалювалися. У 1976 р. для них було розроблено операційну систему СР/М. У 1978 р. був сконструйований гнучкий магнітний диск діаметром 5.25 дюйма (1 дюйм = 2,54 см) для зберігання ін­формації. Зусиллями фірми Motorola у 1979 р. був створений мікропроцесор Motorola 68000, набагато кращий від своїх конкурентів за швидкістю, продук­тивністю та можливостями роботи з графічними програмами. У 1980 р. у персо­нальних комп'ютерах з'явився жорсткий магнітний диск, який, однак, містив лише 5 Мбайт даних.

            Перші 8-розрядні ПК були більше схожими на дорогу іграшку, аніж на серйоз­ну ЕОМ. Так продовжувалося доти, поки в галузі індивідуальних комп'ютерів не з'явився комп'ютерний гігант - фірма ІВМ, яка спеціалізувалася на виготовленні великих ЕОМ. У 1982 р. фірма ІВМ випустила дуже вдалу модель - 16-розрядний комп'ютер. Він був сконструйований на основі мікропроцесора Intel 8088, пра­цював з тактовою частотою 4.77 Мгц і використовував операційну систему MS-DOS. Називалася ця модель комп'ютера ІВМ РС, чи просто РС (Personal Computer - персональний комп'ютер).

Далі розвиток ПК відбувався дуже високими темпами: фірма ІВМ щороку створювала нову модель. У 1983 р. з'явилася модель РС ХТ, а у 1984 - доско­наліший та продуктивніший комп'ютер РС АТ. Вони швидко завоювали ринок ПК і стали своєрідними стандартами, яких намагалися дотримуватися фірми-конкуренти.

Фірма ІВМ створювала свій персональний комп'ютер не з "нуля", а вико­ристовуючи вузли інших виробників (передусім мікропроцесор Intel). При цьому вона не тримала в секреті того, як вузли мають бути з'єднані та взаємодіяти один з одним. В результаті до створення та вдосконалення комп'ютера могли долучатися й інші фірми - архітектура комп'ютерів ІВМ РС виявилася "від­критою". У комп'ютерів ІВМ з'явилися численні "клони", тобто різні родини комп'ютерів, схожих на ІВМ РС. Надалі ЕОМ, що підтримують стандарт ІВМ РС, почали називатися просто "персональними комп'ютерами". З часом ПК виправдали свою назву, оскільки для багатьох людей вони стали необхідною ча­стиною дозвілля, інструментом для бізнесу та досліджень.

Окрім ІВМ-сумісних ПК існує ще одна родина персональних ЕОМ, що нази­вається Macintosh. Ці комп'ютери ведуть свій родовід від згадуваної раніше моделі Apple, їх виробляла фірма Apple Computer. Архітектура комп'ютерів Macintosh, на відміну від ІВМ РС, не була відкритою. Тому, незважаючи на свої сучасніші порівняно з ІВМ РС графічні можливості, «Макі» не змогли завоювати такий широкий ринок. Чисельність «Маків» у десятки разів менша чисельності ІВМ РС-сумісних комп'ютерів.

Галузі застосування ПК

Персональні комп'ютери - це не просто калькулятори для арифметичних розрахунків (як багато хто вважав, коли тільки з'явилися ПК). У персональних комп'ютерах можуть бути реалізовані різноманітні інформаційні процеси: пошук, введення та обробка інформації, зберігання інформації та її передача. 

Будь-яка діяльність на комп'ютері починається з уведення інформації. Далі йде її обробка, під час якої може виник­нути необхідність додаткового введення. В процесі роботи на комп'ютері мож­ливе зберігання даних на зовнішньому носії. Завершується робота виведенням інформації.

Можливості ПК щодо обробки інформації дуже великі, лише їх список може зайняти не одну сторінку. На заняттях з інформатики ви навчитесь застосо­вувати комп'ютер для створення нескладних програм, для копіювання та збері­гання інформації, для роботи з текстами та зображеннями, для обміну повідом­леннями електронною поштою. Кожен користувач ПК обладнує комп'ютер за своїм смаком та потребами.

-  Вчений за допомогою комп'ютера може моделювати та вивчати поведінку фізичних об'єктів (планет, океанів, елементарних частинок тощо), біо­логічних систем (популяцій тварин, росту мікроорганізмів тощо), хімічних процесів (реакцій, вибухів тощо).

-  Інженер виконує на ПК розрахунки механічних конструкцій, електронних схем, різноманітних технологічних процесів; здійснює трудомісткі крес­лярські роботи.

-  Художник-дизайнер створює на комп'ютері малюнки за допомогою різно­манітних графічних редакторів, виконує комп'ютерну обробку зображень.

-  Музикант готує на комп'ютері аранжування музичних творів, а сучасний композитор пише музику за допомогою комп'ютера.

-  Видавець звертається до комп'ютера для створення електронних макетів книг та журналів, для підготовки майбутніх друкованих матеріалів.

-  Бухгалтер виконує на комп'ютері економічні розрахунки та веде всю бухгалтерську документацію.

-  Користувач Інтернету отримує через свій комп'ютер інформацію з гло­бальної мережі, причому список запитань, на які можна знайти відповіді в Інтернеті, не обмежений.

-  Користувачі будь-якого віку можуть захоплено грати у комп'ютерні ігри.

Загалом, можливості персонального комп'ютера надзвичайно широкі. Вони визначаються двома основними факторами: конструкцією комп'ютера (апа­ратним забезпеченням) та програмами, які на ньому встановлені (програмним забезпеченням).

Апаратне забезпечення ПК

Навряд чи вам доводилося бачити ЕОМ другого чи третього покоління. Однак вигляд настільного персонального комп'ютера для вас є звич­ним. ПК складається з мінімального набору окремих компонентів: системного блока, монітора, клавіатури та миші. 

До комп'ютера можуть бути підключені інші пристрої: принтер, акустичні колонки, сканер тощо.

Залежно від свого призначення та конструктивних особливостей розрізняють такі категорії ПК: настільні, або desktop (їх вигляд є звичним для більшості користувачів), переносні (portable), наколінні (laptop), блокнотні (notebook) та карманні (pocket) комп'ютери.

Найпродуктивнішими є настільні ПК. Слід зазначити, що продуктивність комп'ютера визначається обсягом операцій, які він виконує за одиницю часу. Настільні комп'ютери, як правило, розраховані для стаціонарного встановлення в офісі, комп'ютерному класі або вдома. Іноді настільні ПК виконуються у напільному варіанті.

Склад системного блока

Усі основні вузли настільного ПК розташовані всередині системного блока. Системний блок, як правило, містить такі вузли:

-  електронні схеми, що керують роботою ПК (мікропроцесор, пам'ять, си­стемна шина тощо);

-  накопичувані на жорстких та магнітних дисках, на оптичних дисках (СD-RОМ);

-  блок живлення, який перетворює змінну напругу мережі на низьку постійну напругу, необхідну для роботи електронних схем;

-  система вентиляції, яка забезпечує необхідний температурний режим для МП та інших електронних вузлів ПК;

-  додаткові вузли: дисковод для компакт-дисків, звукова карта, внутрішній модем тощо.

Розташування зазначених вузлів всередині блока залежить від типу його корпусу. Обладнання, розміщене ззовні системного блока, належить до зовнішніх пристроїв введення-виведення. Це обладнання також називають периферійними пристроями. Однак до периферійних при­строїв можна віднести і деякі пристрої всередині самого системного блока (приміром, усі типи накопичувачів). Далі докладніше розглянемо складові системного блока.

Корпус

Корпус визначає не тільки зовнішній вигляд системного блока, він задає певне розташування материнської плати та інших вузлів комп'ютера. Для на­стільних ПК промисловість випускає корпуси з горизонтальним розташуванням материнської плати (desktop, footprint, slimline) та корпуси з вертикальним роз­ташуванням материнської плати, тобто корпуси типу «вежі» (mini-tower, midi-tower, big-tower). Нині найчастіше використовуються корпуси tower, які зай­мають мало місця та мають досить відсіків для різноманітних пристроїв.

Слід зазначити, що тип використовуваного корпусу визначається насам­перед типорозміром або, інакше кажучи, форм-фактором материнської плати, наприклад АТ або АТХ.

На передній панелі системного блока є, як правило, кнопки Power (жив­лення) та Reset (перезавантаження), а також індикаторні лампочки Power (сигналізує про ввімкнене живлення) та HDD (сигналізує про роботу жорсткого диска). На багатьох корпусах АТ є кнопка Turbo та цифровий індикатор, що показує тактову частоту роботи мікропроцесора. На корпусах АТХ може бути також кнопка Sleep (переходу до режиму сну).

Материнська плата

Найважливішим вузлом ПК є материнська плата. На ній розміщуються мікропроцесор (МП), запам'ятовуючі пристрої, генератор тактової частоти, кеш-пам'ять, центральна магістраль, а також компонент мікросхем логіки, що підтримують роботу плати (так званий чипсет - анг. chipset). Тип чипсету ви­значає основні можливості материнської плати. З'єднання елементів плати між собою здійснюється за допомогою смужок фольги зі зворотного боку плати.

У більшості ПК материнські плати містять лише основні вузли, схеми зв'яз­ку із зовнішніми пристроями (відеоадаптери, звукові плати тощо) на них відсут­ні. У цих випадках відсутні елементи розміщають на окремих платах і вставляють урознімні з'єднання на ма­теринській платі - так звані слоти.

Материнська плата характеризу­ється форм-фактором, який визначає її розміри, тип рознімних з'єднань жив­лення, розташування отворів кріплення тощо. Серед настільних ПК найбільш поширені плати типорозмірів АТ, АТХ та miniАТХ. Плати АТ мають гео­метрію перших плат для комп'ютерів ІВМ РС/АТ, чим і обумовлена їхня на­зва. Плати АТХ є сучаснішими та за­стосовуються у ПК останніх поколінь. Форм-фактор miniАТХ відповідає зменшеному варіанту АТХ.

Мікропроцесор

Центральний пристрій комп'ютера — це мікропроцесор. Фізично МП є надвеликою інтегральною схемою (НВІС), встановленою на материнській платі. У сучасних комп'ютерах над корпусом МП розміщаються невеликий вентилятор та радіа­тор, які забезпечують охолодження МП у процесі роботи. До материнської плати МП підключається за допомогою спеціальних рознімних з'єднань (Socket 7, Socket А, Slot 1 (Socket 370), Socket 423 або Socket 478). На корпусі БІС звичайно вказується тип процесора, скажімо, Pentium III. За типом МП називається і сам комп'ютер.

Які моделі мікропроцесорів найчастіше застосовуються в ПК? У ком­п'ютерах типу ІВМ РС - це МП фірми Intel, а також сумісні з ним моделі МП інших фірм (AMD, Cyrix, ІВМ тощо). Наведемо список МП фірми Intel за порядком зростання їх продуктивності: Intel 8088, 80286, 80386 (SХ і DХ), 80486 (SХ, SХ2, DХ, DХ2 і DХ4), Pentium, Сеlеrоn, Pentium II, ММХ, Pentium III, Pentium 4. Нині найбільше поширені процесори фірми АМD, а саме: К6, К6-2, Аthlon, Аthlon ХР.

Пам'ять

На материнській платі розміщуються пристрої пам'яті (запам'ятовуючі пристрої), призначені для зберігання інформації.

Найважливішими характеристиками пам'яті є її обсяг та швидкодія. Для роботи сучасних операційних систем та додатків потрібно не менше 32 Мбайт оперативної пам'яті. Комфортна робота у графічних пакетах та з мультиме­дійними додатками можлива за умови, якщо обсяг пам'яті не менший 128 (краще 256) Мбайт.

Блок живлення

Звичайно системний блок ПК комплектується блоком живлення, який перетворює змінну напругу мережі на постійну напругу. Потужності джерела живлення (200, 230 або 250 Вт) має бути достатньо, щоб цілком і навіть з невеликим запасом забезпечити енергоспоживання всіх підключених до нього пристроїв.

У корпусі блока живлення в більшості випадків вмонтовано охолоджуючий вентилятор, перемикач мережної напруги, рознімні з'єднання для мережного шнура та для шнура живлення монітора. Блок живлення виробляє вихідні на­пруги для електронних компонентів ПК, для двигунів приводів дисководів та вентиляторів охолодження.

Дисководи

Для зберігання інформації існують різні накопичувачі на дисках. Практично всі ІВМ РС- сумісні комп'ютери мають приводи для роботи з жорсткими та гнучкими магнітними дисками. Ці приводи містяться у системному блоці ПК у спеціально відведених для них відділеннях. Двигун приводу обертає магнітний диск, і магнітні головки здійснюють запис або зчитування інформації з диска.

Порти

Підключення до ПК зовнішніх пристроїв (монітора, миші, клавіатури, прин­тера, модема тощо) виконується через спеціальні інтерфейси тощо. Ці інтерфейси називаються також портами введення-виведення. Відповідні рознімні з'єднання для підключення знаходяться на задній стінці системного блока.

Існують послідовні та паралельні порти, які відрізняються способом передачі даних. Для послідовного порту характерною є послідовна у часі передача даних (біт за бітом), а для паралельного — одночасна передача кількох бітів (порції по 8 бітів, тобто по одному байту).

Через послідовні порти до системного блока підключаються миша, джой­стик, модем та інші периферійні пристрої. Позначається послідовний порт як СОМ (СОМmunication port). Якщо в комп'ютері є кілька послідовних портів, вони мають імена від СОМ1 до СОМ4.

Паралельні порти в ІВМ-сумісному комп'ютері служать загалом для під­ключення принтера. Тому цей порт називають також принтер-портом та позна­чають LPT (Line PrinTer - лінія принтера). В окремих випадках паралельний порт може використовуватися для підключення сканера та плотера.