Будова комп’ютерної техніки

1. Магістрально-модульна структура персонального комп’ютера

Основними складовими частинами персонального комп’ютера є: системний блок, монітор, клавіатура, миша. Вони складають мінімальну конфігурацію сучасного персонального комп’ютера.

Модульний спосіб конструювання персонального комп’ютера разом з магістральним способом обміну інформацією і визначає магістрально-модульний принцип побудови комп’ютера.

Функціональна схема комп’ютера має вигляд, який наведено на рис. 2.1.

Різноманітні вузли комп’ютера пов’язані з мікропроцесором та між собою через пристрій, що називається системною шиною. Обмін даними відбувається через системну шину, яку ще називають магістраллю.

Магістраль містить такі шини:

1. Шина даних, по якій інформація (дані) передається від МП до будь-якого пристрою або навпаки від пристрою до МП.

2. Шина адреси – сукупність проводів і відповідних схем, по яких передається в паралель всі коди адреси комірки ОП або портів введення/виведення.

3. Шина управління містить проводи для передачі управління (управляючих сигналів) з боку мікропроцесора в усі блоки ПК.

4. Шина живлення, що містить проводи і схеми для підключення блоків ПК до системи електричного живлення.

Розрядність шини даних визначає розрядність комп’ютера. Наприклад, якщо шиною даних передається 32 біти в паралель, то ПК є 32-розрядним. Розрядність впливає на продуктивність комп’ютера.

Розрядність адресної шини визначає адресний простір – максимальну кількість комірок оперативної пам’яті. Кількість адресованих комірок становить 2n, де n – розрядність адресної шини. Для сучасних комп’ютерів використовується 32-розрядна адресна шина (для процесорів сімейства Pentium) і 64-розрядна (для процесорів сімейства Itanium).  

Системна шина забезпечує три напрямки передачі інформації:

1) між мікропроцесором і ОП;

2) між мікропроцесорами і портами введення/виведення зовнішніх пристроїв;

3) між основною пам’яттю і зовнішніми пристроями (в режимі прямого доступу до пам’яті).

Завдяки наявності системної шини IBM-сумісні ПК мають принцип відкритої архітектури, тобто вони складаються з кількох модулів, що виготовляються у вигляді окремих плат. Модульна структура дозволяє користувачу самому комплектувати необхідну йому конфігурацію комп’ютера та полегшує модернізацію комп’ютера і його ремонт.

Один з важливих модулів – це материнська плата, на якій розміщені мікропроцесор, оперативна пам’ять, системна шина та слоти розширення для підключення інших модулів. Цими модулями є електронні контролери зовнішніх пристроїв, наприклад, плата відеоконтролера (відеокарта), що створює сигнали для монітора.

Однією з основних частин ПК є системний блок. Пристрої, що знаходяться всередині системного блоку, називають внутрішніми, а пристрої, що під'єднуються до нього зовні – зовнішніми. Зовнішні додаткові пристрої, призначені для введення, виведення і транспортування даних, також називають периферійними. За зовнішнім виглядом системні блоки розрізняються формою корпуса.

Для корпусів важливий параметр, що називається формфактором. Від нього залежать вимоги до інших пристроїв, що будуть розташовані в корпусі системного блоку.

Застарілим стандартом корпуса персональних комп'ютерів був формфактор АТ, у даний час використовуються корпуси формфактора АТХ та його видозміни microATX, flexATX, mini-ITX.

Формфактор корпусу має бути обов'язково сумісний з формфактором материнської плати комп'ютера.

На передній панелі корпусу є:

• вимикач ел. живлення;

• кнопка Reset (перезавантаження);

• індикатор живлення та роботи жорсткого диску;

• порти USB.

На задній панелі розміщені порти, слоти для підключення шнурів живлення і кабелів зв'язку.

Корпуси персональних комп'ютерів виробляються у горизонтальному (desktop) і вертикальному (Tower) виконанні. Корпуси, що мають вертикальне виконання, розрізняють за габаритами:

• повногабаритні (big tower);

• середньогабаритні (midi tower);

• малогабаритні (mini tower).

Серед корпусів, що мають горизонтальне виконання, виділяють плоскі (slim).

Зазвичай корпуси персональних комп'ютерів поставляються разом із блоком живлення. Блок живлення – це вторинне джерело живлення, призначене для забезпечення вузлів комп'ютера електричною енергією постійного струму. У його завдання входить перетворення мережевої напруги до заданих значень напруги живлення, її стабілізація і захист від незначних перешкод з боку електричної мережі.  Також, завдяки вбудованому вентилятору, він бере участь в охолоджуванні системного блоку.

Блоки живлення розрізняються за потужністю:250 Вт, 300 Вт, 350 Вт, 400 Вт. Цих потужностей має бути достатньо, щоб забезпечити енергоспоживання всіх під’єднаних до ПК пристроїв. Від ефективності блока живлення залежить і стабільність роботи всієї системи. 

2. Системна (материнська) плата

Системна або материнська плата – основна плата персонального комп'ютера, яка знаходиться в середині системного блоку, на якій кріпиться більшість елементів системного блоку.

Характеристики системної плати суттєво впливають на швидкодію комп'ютера в цілому. Саме від неї залежить, який процесор і яку пам'ять можна встановити, скільки плат розширення можна додати тощо.

Основним електронним компонентом самої материнської плати є чіпсет (chipset) – набір мікросхем, що забезпечує взаємодію центрального процесора з іншими компонентами системного блоку. Саме він визначає функціональні можливості плати. Сьогодні чіпсет – це переважно дві мікросхеми, так звані північний та південний мости.

Чіпсет переважно промаркований, на ньому вказано назву фірми-виробника і модель. Від типу чіпсету залежать такі характеристики:

• частоти материнської плати та процесора;

• максимальний об'єм оперативної пам'яті;

• кількість і тип дочірніх плат, які можна встановити на материнську плату;

• наявність інтегрованих компонентів.

За розміром (формфактор) материнські плати поділяють на такі види:

• АТХ – формат плати, призначений для використання тільки в АТХ-корпусах (типу MidiTower, BigTower). Стандарт АТХ дає змогу програмно керувати живленням комп'ютера, вмикати його в потрібний час, запускати за сигналом від модема, мережної карти або від інших пристроїв, вимикати після заданих подій або переводити у «сплячий» режим;

• mАТХ – мікро-АТХ. Функціонально такі плати нічим не відрізняються від АТХ-формату, але мають менші розміри і менше слотів розширення PCI (зазвичай, 2 – 3 шт.). Ці материнські плати, як правило, мають інтегрований відеоадаптер.

Також на системній платі є мікросхема BIOS(енергозалежна). В ній записано програми, що реалізують функції введення-виведення, програму тестування ПК при ввімкненні. Для збереження налаштувань BIOS використовують акумулятор, що міститься на системній платі. На системній платі є спеціальні роз'єми – слоти, призначені для під'єднання різних пристроїв, які поставляються на платах.

Системна плата має декілька роз'ємів для підключення модулів оперативної пам'яті SDRAM, DDR. Системна плата має також роз'єми, до яких з допомогою спец. кабелів – шлейфів підключають зовнішні пристрої.

PСI (Peripheral Component Interconnect) –  стандарт під'єднання зовнішніх компонентів, який підтримує частоту до 66 МГц, забезпечуючи продуктивність 264 Мбайт/с для 32-розрядних шин даних і 528 Мбайт/с для 64-розрядних шин даних. Майже завжди білого кольору. Використовується для під'єднання карт розширення – мережної, звукової та інше.

PCI-Express – новий графічний порт для під'єднання відеоадаптера – шина 3 покоління. Дозволяє передавати інформацію по декількох незалежних каналах – по одній, двох, восьми і шістнадцяти фізичних лініях. Швидкість передачі даних сягає 16 Гбіт/с і більше.

AGP (Advanced Graphic Port) – удосконалений графічний порт для під'єднання відеоадаптера – пристрою, що вимагає особливо високої швидкості передачі даних. Коричневого кольору.

Частота цієї шини відповідає частоті шини РСІ, але вона має більш високі пропускні характеристики за рахунок передавання кількох сигналів за один такт. Число сигналів, переданих за один такт, вказується у вигляді множника, наприклад AGP4x (у цьому режимі швидкість передавання досягає 1066 Мбайт/с).

COM – це послідовний порт, за допомогою якого можна здійснювати двонаправлену передачу даних. Термін «послідовний» означає, що передавання даних здійснюється через один провідник і біти при цьому передаються послідовно, один за одним.

У більшості материнських плат два СОМ-порти (СОМ1, COM2) реалізовані у вигляді гнізд двох типів: 9 і 25-контактні. Передає дані з швидкістю до 115 Кбіт/с. Використовуються для під'єднання миші та клавіатури. Морально застарів, на даний момент витіснений інтерфейсом USB.

LPT – це паралельний порт, який часто називають портом принтера. У ньому одночасно передається байт даних через вісім провідників ( паралельно вісім біт) та деякі сигнали управління через інші провідники. Більшість материнських плат обладнані одним LPT – портом у вигляді 25-контактного гнізда типу А . Передає дані з швидкістю до 2 Мб/с.

PS/2 – призначені для під'єднання клавіатури та миші.

USB – (Universal Serial Bus – універсальна послідовна магістраль). Продуктивність шини USB відносно невисока, але цілком достатня для таких пристроїв як миша, клавіатура, модем, джойстик, принтер, сканер і т.п. Перевага шини USB полягає в тому, що вона практично виключає конфлікти між різним обладнанням, дає змогу під'єднувати і від'єднувати пристрої в «гарячому режимі» (не вимикаючи комп'ютер), через шину USB може подаватися напруга живлення та є можливість поєднувати кілька комп'ютерів у найпростішу локальну мережу без застосування спеціального устаткування і програмного забезпечення..

Перша версія шини USB 1.0 була представлена в 1995 році. Вона створена на основі 4-провідникового з'єднання і забезпечує швидкість передавання даних 12 Мбіт/с (1,5 Мбайт/с) та дає змогу одночасно під'єднати до 127 пристроїв, використовуючи топологію «зірка».

Наступна версія шини USB 2.0 забезпечує швидкість передавання даних 480 Мбіт/с (60 Мбайт/с) – приблизно в сорок разів швидше за попередню.

USB 3.0 підвищує максимальну швидкість передачі інформації до 4,8 Гбіт/с.

FireWire (IEEE 1394) – послідовна передача даних. Призначений для підключення цифрових відеокамер, фотоапаратів, принтерів, переносних жорстких дисків, забезпечує передачу даних з швидкістю 400 мБіт/с. Можливість "гарячого під'єднання".

Ethernet (RG-45) – призначений для з'єднання декількох комп'ютерів в мережу.

Роз'єм IDE – призначений для під'єднання з допомогою шлейфа IDE жорстких дисків та приводів для читання оптичних дисків.

Роз'єм Serial ATA – призначений для під'єднання з допомогою шлейфа Serial ATA жорстких дисків. Шлейф Serial ATA дозволяє передавати дані з швидкістю до 6 Гбіт/с.

Шлейфи живлення – використовуються для підключення живлення до різних пристроїв ПК – для живлення системної плати, DWD-ROM, жорсткого диску та ін.

Також на системній платі є спеціальні роз'єми для підключення мікрофона, звукових колонок, навушників, веб-камери та іншого мультимедійного обладнання. 

3. Процесор

На материнській платі встановлюється центральний процесор, що є головним компонентом комп'ютера, який виконує більшість математичних та логічних операцій над даними.

Процесор призначений для керування роботою всіх блоків комп'ютера і виконання арифметичних операцій (додавання, віднімання, множення та ділення), логічних операцій (порівняння чисел та символів) та інших дій над числовими кодами. Процесор керує роботою адаптерів і контролерів і постійно обмінюється даними з ОП.

Це кремнієвий кристал з великою кількістю транзисторів (кілька мільйонів). Встановлюється на системній платі в спеціальний роз'єм – слот. Процесор складається з арифметично-логічного пристрою, пристрою керування (керує послідовністю виконання команд) і регістрів (швидкодоступна пам'ять).

Процесор складається з таких пристроїв:

• Пристрій керування – керує послідовністю виконання команд і рухом даних в комп'ютері.

• Арифметично – логічний пристрій – здійснює всі арифметичні та логічні операції.

• Регістри процесора – це швидкодоступна пам'ять. Регістри складаються з комірок – байтів.

Характеристики процесора:

• тактова частота – це частота імпульсів, за допомогою якої синхронізується робота процесора (швидкодія – скільки елементарних операцій виконує за секунду) - наприклад 1700мГц;

1Гц – 1 імпульс за 1 секунду.

1ГГц = 1 000 000 000 Гц - 1 млрд. тактів в секунду

• розрядність – показує скільки двійкових розрядів (бітів) інформації обробляється за один такт (одиницю часу). Більшість сучасних процесорів 32-розрядні та 64-розрядні.

• розмір кеш-пам'яті.  

Розрядність процесора визначається трьома параметрами:

• розрядністю шини даних - кількість біт даних, яку процесор може прийняти або передати за один такт (1 такт – це час між двома імпульсами генератора тактової частоти);

• розрядністю адресної шини – кількість провідників, через які передається адреса комірки пам'яті, в яку або з якої пересилаються дані;

• розрядністю регістрів – кількість біт, яку вміщує регістр.

Кеш – пам'ять призначена для зменшення часу очікування всередині процесора. Кеш – пам'ять розділяється за кількома рівнями. Кеш-пам'ять першого рівня (L1 Cache) вбудована безпосередньо в мікросхему ядра мікропроцесора і має обсяг десятків кілобайт. Кеш-пам'ять другого рівня (L2 Cache) монтують у корпусі мікропроцесора. Об'єм до 2048 Кбайт. Кеш-пам'ять третього рівня (L3 Cache) – виконується на окремих швидкодіючих мікросхемах і встановлюють на системній платі поблизу процесора. Займає декілька мегабайт і працює на частоті шин системної плати. Процесор звертається спочатку до кешу 1 рівня, і якщо не знаходить там потрібних даних, переходить до кешу 2 рівня, і т.д., а вже потім до оперативної пам'яті. За рахунок того, що кеш є більш швидшим від оперативної пам'яті, то зменшується час очікування процесора і пришвидшується робота. 

4. Пам'ять ПК

Пам'ять ПК поділяють на внутрішню та зовнішню. Основною характеристикою пам'яті є її ємність, тобто, кількість інформації, яку вона може містити. Одиницями вимірювання пам'яті є біти, байти, кБайти і т. д.

Внутрішня пам'ять поділяється на оперативну (RAM) та постійну (ROM).

Зовнішня пам'ять служить для довготривалого зберігання даних. Обсяг зовнішньої пам'яті значно більший від обсягу внутрішньої, але вона суттєво поступається внутрішній пам'яті щодо швидкості запису та зчитування інформації. Практично зовнішня пам'ять реалізується у вигляді носіїв. Носіями зовнішньої пам'яті в сучасних комп'ютерах є магнітні та оптичні диски та ін. 

4.1 Оперативна пам'ять RAM

Оперативна пам'ять (ОЗП – оперативний запам'ятовуючий пристрій) – призначена для зберігання даних та програм протягом одного сеансу роботи з комп'ютером. RAM – Random Access Memory - пам'ять з довільним доступом. Інформацію можна заносити в оперативну пам'ять та зчитувати з неї. Оперативною її називають за швидкість роботи: при звертанні до неї процесор практично не простоює.

В оперативну пам'ять поміщаються завантажені програми та дані, що ними обробляються.

При завантаженні програми вона копіюється з носія інформації в ОП. Інформація з ОП надходить у процесор, де опрацьовується, і повертається назад. Процесор весь час обмінюється інформацією з ОП. Для зчитування даних чи запису результатів він має доступ до будь-якої ділянки ОП. Оперативна пам'ять є енергозалежною. При виключенні ПК вміст її втрачається. В ній є тільки та інформація, яка використовується в момент розв'язання задачі. Виготовляється у вигляді модулів (мікросхем), і розміщується на системній платі з допомогою роз'ємів – слотів.

Вона характеризується високою швидкодією та коротким часом доступу (2-5 нс). Працює на частоті до 400мГц.

Основні характеристики оперативної пам'яті:

 Об'єм. Чим більший об'єм оперативної пам'яті має комп'ютер, тим швидше він працює, тим більшу кількість різноманітних програм ви можете використовувати одночасно. Ємність сучасних плат оперативної пам'яті - від 512 Мбайт до 3 Гб і більше.

Частота. Частота оперативної пам'яті вимірюється у мегагерцах (МГц). Чим більша частота модулів оперативної пам'яті, тим чіткіше та швидше працює комп'ютер.

ОЗП пройшли довгий шлях еволюції, у ПЕОМ використовувалися модулі та мікросхеми пам'яті багатьох типів. В дійсний час найбільш розповсюджені пам'ять типів SDRAM (Synchronic DRAM - синхронний динамічний ОЗП), DDR (Double Data Rate - подвійна швидкість передавання даних) SDRAM, DDR2 SDRAM. Найбільш сучасний та швидкодіючий тип ОЗП - DDR2 SDRAM. 

4.2 Постійна пам'ять ROM

У постійній пам'яті ( ПЗП – постійний запам'ятовуючий пристрій) містяться програми, які забезпечують функціонування обчислювальної системи (наприклад, програми завантаження ПК, програми тестування і т.п.) та деякі програми з системного програмного забезпечення. ROM – Read Only Memory – пам'ять тільки для читання. Постійною цю пам'ять називають тому, що інформація в ній зберігається і після виключення комп'ютера. З постійної пам'яті користувач може лише зчитувати, записати туди нічого не можна.

В момент включення комп'ютера в його оперативній пам'яті відсутні будь-які дані, оскільки оперативна пам'ять не може зберігати дані при вимкненому комп'ютері. Але процесору необхідні команди, в тому числі і відразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою постійної пам'яті, яка йому завжди відома, за своєю першою командою. Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп'ютері. Кажуть, що програми, які знаходяться в ПЗП, "зашиті" у ній - вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться в ПЗП утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками. Перевірку конфігурації здійснює програма POST. При виявленні неполадок вона подає комбінацію звукових сигналів. Ємність постійної пам'яті невелика, однак вона найбільш швидкодіюча. 

4.3 Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять – це пам'ять, що реалізована у вигляді зовнішніх, відносно материнської плати, пристроїв із різними принципами збереження інформації і типами носія, призначених для довготривалого зберігання інформації. Зокрема, в зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Пристрої зовнішньої пам'яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп'ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам'ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі – це запам'ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємність накопичувачів в сотні разів перевищує ємність оперативної пам'яті або взагалі необмежена, якщо мова йде про накопичувачі зі змінними носіями.

За принципом запам'ятовування розрізняють магнітні, оптичні та магнітооптичні носії. Стрічкові носії можуть бути лише магнітними, у дискових носіях використовують магнітні, магнітооптичні та оптичні методи запису-зчитування інформації.

Найбільш поширеними є накопичувачі на магнітних дисках, які поділяються на накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) та накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД), та накопичувачі на оптичних дисках, такі як накопичувачі CD-ROM, CD-R, CD-RW та DVD-ROM. 

4.4 Жорсткий диск

Жорсткий диск або накопичувач на магнітних дисках (англ. Hard  disk drive, HDD), «вінчестер» – магнітний диск, що виконує функцію енергонезалежного носія інформації з довільним доступом. Твердий диск переважно використовуються як стаціонарний носій інформації.

Інформація у твердому магнітному диску записується шляхом намагнічування шару феромагнітного, що нанесений на поверхні твердих (алюмінієвих, скляних або композитних) пластин у формі диска. У твердих магнітних дисках використовується одна або декілька пластин, встановлених на одному шпинделі. Голівки зчитування-запису у робочому режимі не торкаються поверхні пластин завдяки прошарку постійно набігаючого повітря, що утворюється біля поверхні дискових пластин при швидкому обертанні. Відстань між голівкою і робочою поверхнею дискової пластини становить декілька нанометрів. Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін експлуатації пристрою. За відсутності обертання дисків головки знаходяться поблизу шпинделя або за межами диска у безпечній зоні, де унеможливлюється їх нештатний контакт з поверхнею дисків.

Тверді диски були введені у використання фірмою IBM у 1956 році як сховище даних для обчислювальних машин реального часу обробки транзакцій. Перший диск IBM, 350 RAMAC, був приблизно розміром у два холодильники і міг зберігати 5 мільйонів 6-бітових символів .

На початку 1980-х років, тверді диски були рідкісними й дуже дорогими і розглядались як додаткові опції на ПК, проте в кінці 1980-х років, їх вартість була зменшена до рівня, де вони стали стандартом. З часом ємність твердого диска зросла в тисячі разів, хоча його конструкція принципово не дуже змінилась.

Існує багато типів твердих дисків, але всі вони складаються з одних і тих же вузлів із спільним принципом роботи. Основні елементи конструкції наступні:

• пластини магнітних дисків на спільному шпинделі;

• голівки читання/запису;

• механізм приводу голівок;

• двигун приводу дисків;

• друкована плата з електричними схемами керування;

• гнізда для кабелів живлення і передачі даних;

• елементи конфігурування (перемикачі).

Більшу частину конструкції твердого диска займає цільний металевий корпус, що захищає магнітні пластини і точну механіку від впливів навколишнього середовища. Гермоблок – це герметична область пристрою, захищена від пилу та інших дрібних частинок. Гермоблок необхідний, оскільки, навіть дуже дрібна частинка, якщо вона потрапить у вузький зазор між голівкою й поверхнею диска, може пошкодити чутливий магнітний шар і вивести з ладу твердий диск. Також корпус захищає нагромаджувач від електромагнітних перешкод, тобто відіграє роль екрана.

Характеристики жорсткого диску:

Інтерфейс – набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилають по цих лініях, технічних засобів (контролерів), що підтримують ці лінії, і правил обміну (протоколів). Сучасні тверді диски можуть мати інтерфейси: ATA, Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO і Fibre Channel.

Ємність – кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємність сучасних твердих дисків з форм-фактором 3,5" сягає 8 ТБ.

Фізичний розмір (форм-фактор) – майже всі сучасні накопичувачі мають розмір (ширину) 3,5, або 2,5 дюйма. Останні частіше застосовують у ноутбуках. Інші, менш поширені формати – 1,8 дюйма, 1,3 дюйма і 0,85 дюйма.

Час доступу – від 3 до 15 мс, як правило, мінімальним часом відрізняються серверні диски.

Швидкість обертання диска – кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежать час доступу й швидкість передачі даних. Станом на 2012 рік випускаються вінчестери з такими стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 (ноутбуки), 7200 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об./хв (сервери і високопродуктивні робочі станції).

Надійність – визначається як середній наробіток між відмовами.

Кількість операцій введення-виведення за секунду – у сучасних дисків це близько 50 оп./с при довільному доступі до накопичувача й близько 100 оп./сек при послідовному доступі.

Рівень шуму – шум, що виникає під час роботи пристрою. Вимірюється в двох режимах – під час простою (шум двигуна обертання) і під час активного навантаження (шум двигуна + шум голівок). Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму близько 26 децибел і нижче.

Опірність ударам – опірність твердого диска різким перепадам тиску або ударам вимірюється в одиницях припустимого перевантаження, кратних g (прискоренню вільного падіння) в увімкненому та вимкненому стані.

Місткість буфера – розмір кеш-пам'яті, що призначена для згладжування різниці швидкостей читання/запису і передачі даних через інтерфейс. 

5. Додаткові модулі та плати

5.1 Відеокарта

Відеокарта (video card, графічна карта, графічний адаптер, графічний прискорювач) – електронний пристрій комп'ютера, призначений для обробки і генерації зображень з подальшим їхнім виведенням на екран.

Відеокарта зазвичай є платою розширення і вставляється у слот розширення або може бути вбудованою у материнську плату як у вигляді окремого елементу, так і як складову частину північного мосту чіпсету або центрального процесора. Відповідно окрема плата називається дискретною, а вбудована – інтегрованою.

Сучасні відеокарти не обмежуються лише звичайним виведенням зображень, вони мають вбудований графічний мікропроцесор, який може здійснювати додаткову їх обробку, звільняючи від цих задач центральний процесор.

Відеокарта S3 Graphics chrome 530 GT: під синім радіатором з кулером міститься відеопроцесор, дві чорні мікросхеми праворуч – відеопам'ять GDDR2, ліворуч – інтерфейси виведення HDMI і DVI, золотиста смужка внизу – шина PCI Express.

Будова відеокарти:

1. друкована плата – пластина з діелектрика, на якій прокладено провідні доріжки, що пов'язують різні складові відеокарти.

2. Шина підключення – шина, через яку відеокарта обмінюється інформацією з материнською платою. Стандартними є AGP і PCI-E.

3. Графічний процесор (відеопроцесор, GPU (Graphics processing unit) – процесор, який обчислює інформацію, що виводиться на монітор. Може брати на себе частину обчислень з центрального процесора.

4. Відеопам'ять – мікросхеми, в які тимчасово поміщається інформація, обчислена графічним процесором. Відеопам'ять може бути виділена з основної оперативної пам'яті системи, в цьому випадку говорять про розподілену (shared) пам'ять.

5. Відеоконтролер (Video Display Controller, VDC) – мікросхема, що формує вихідний сигнал, який передається на монітор.

6. RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) або цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) – пристрій, що здійснює перетворення цифрових результатів роботи відеокарти в аналоговий сигнал, який відображається на моніторі. Можливостями цього пристрою визначається максимальна роздільність, кількість кольорів, насиченість картинки, частота кадрів.

7. Відео-ROM (Video ROM, Video BIOS) – мікросхема, що зберігає в собі правила і алгоритми взаємодій частин відеокарти.

8. Інтерфейси виведення – інтерфейси, які забезпечують передачу даних від відеокарти до дисплея. Стандартними є HDMI, DVI та VGA.

9. Система охолодження – пристрій, що здійснює відведення і розсіювання тепла від відеопроцесора та інших складових відеокарти. Забезпечує стабільну роботу і не допускає ушкодження деталей від їх надмірного нагріву.

Характеристики:

Робоча частота відеопроцесора вимірюється в мегагерцах, тобто мільйонах тактів на секунду. Чим вища частота, тим більше відеопроцесор може обробити даних за одиницю часу.

Обсяг відеопам'яті – пам'ять використовується для зберігання елементів зображення, які будуть виведені на монітор. Вимірюється в мегабайтах і гігабайтах. Обсяг не визначає напряму продуктивність відеокарти, а лише в поєднанні з іншими характеристиками. Проте багато комп'ютерних програм вимагають певного мінімуму відеопам'яті, особливо програми для роботи з графікою і відеоігри.

Частота відеопам'яті – визначає скільки операцій записування/читання може виконатися за такт. Ця характеристика тісно пов'язана з типом пам'яті.

Розрядність шини – визначає як швидко пам'ять обмінюється даними з відеопроцесором. Вимірюється в бітах: 64, 128, 256, 512 і т. д. Часто виробники компенсують повільність відеопам'яті більшою розрядністю шини, або навпаки – зменшують розрядність, натомість використовують пам'ять з вищою частотою. 

5.2 Звукова плата

Звукова плата (також звукова карта, аудіоплата, аудіокарта, звуковий контролер, аудіоконтролер, sound card) – пристрій, що дозволяє працювати зі звуком на комп'ютері (виводити на акустичні системи та записувати в комп'ютер).

Оскільки IBM-PC проектувалася не як мультимедійна машина, а інструмент для рішення наукових і ділових завдань, звукова плата на ньому не була передбачена. Єдиний звук, що видавав комп'ютер – це був звук вбудованого динаміка, що повідомляв про несправності.

У наш час звукові карти бувають вбудованими в материнську плату (інтегровані звукові карти), як окремі плати розширення і як зовнішні пристрої.

Інтегровані плати вбудовуються в материнську плату комп'ютера, при цьому усі входи і виходи і кодеки припаяні до материнської плати, а обробку бере на себе центральний процесор.

Плати розширення встановлюються у роз'єм шини PCI, як правило вони відтворюють звук якісніше ніж інтегровані, проте для професійної роботи їх можливості обмежені.

Зовнішні звукові плати виникли з потребою надійного екранування сигналу від сторонніх перешкод, до того ж професійні плати мають велику кількість роз'ємів, розрахованих на підключення професійних студійних пристроїв.

Будова звукової карти. Типова звукова карта включає звукову мікросхему, що містить цифро-аналоговий перетворювач, який конвертує записаний або генерований цифровий звук в аналоговий формат. Вихідний сигнал поступає на підсилювач, навушники або зовнішній пристрій.

Відтворення звуку звичайно здійснюється за допомогою багатоканальних ЦАП, що підтримують одночасне відтворення звуків різної висоти й гучності, а також звукові ефекти в реальному часі.

Важливою характеристикою звукової плати є поліфонія, що означає можливість одночасного і незалежного відтворення принаймні кількох звуків, та кількість незалежних звукових каналів. Останнє означає кількість електричних аудіо-виходів, відсилаючи до конфігурації динаміків (наприклад таких 2.0 (стерео), 2.1 (стерео і саб-вуфер), 5.1 тощо).

Більшість звукових карт мають роз'єми для вхідних та вихідних сигналів. Професійні звукові плати оснащуються кількома вхідними роз'ємами, що дозволяє здійснювати багатоканальний запис звуку. Крім того, звукові карти містять так званий «ігровий порт», початково призначений для підключення джойстиків, проте пізніше він знайшов своє призначення для підключення MIDI-клавіатур, цифровий вихід S/PDIF та інші роз'єми. При цьому кожне з гнізд роз'ємів маркують певним кольором згідно з такою таблицею:

5.3 Мережева плата

Мережева плата (мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (network interface card) – периферійний пристрій, що дозволяє комп'ютеру взаємодіяти з іншими пристроями мережі. В даний час, особливо в персональних комп'ютерах, мережеві плати досить часто інтегровані в материнські плати.

За конструктивною реалізацією мережеві плати поділяються на:

• внутрішні – окремі плати, вставляються в ISA, PCI або PCI-E слот;

• зовнішні, що підключаються через USB або PCMCIA інтерфейс, переважно використовуються в ноутбуках;

• вбудовані в материнську плату.

При конфігуруванні карти мережного адаптера можуть бути доступні наступні параметри:

• номер лінії запиту на апаратне переривання;

• номер каналу прямого доступу до пам'яті;

• базова адреса вводу/виводу;

• базова адреса пам'яті ОЗУ;

• підтримка стандартів узгодження дуплексу/напівдуплексу, швидкості;

• підтримка тегрованих пакетів VLAN (802.1q) з можливістю фільтрації пакетів заданого VLAN ID.

Залежно від потужності і складності мережевої карти вона може реалізовувати обчислювальні функції (переважно підрахунок і генерацію контрольних сум кадрів) апаратно або програмно (драйвером мережевої карти з використанням центрального процесора).

Серверні мережеві карти можуть поставлятися з двома (і більше) мережевими роз'ємами. Деякі мережеві карти (вбудовані в материнську плату) також забезпечують функції міжмережевого екрану.

Питання для перевірки:

1. Опишіть структуру ПК.

2. З яких пристроїв складається комп'ютер?

3. Опишіть призначення та склад системної плати.

4. Дайте назви та опишіть призначення роз'ємів на системній платі.

5. Опишіть призначення, будову та основні параметри процесора.

6. На які види поділяється пам'ять?

7. В яких одиницях вимірюють пам'ять?

8. Які види пам'яті ви знаєте?

9. Дайте характеристику оперативної пам'яті.

10. Дайте характеристику пам'яті ROM.

11. Дайте характеристику пам'яті CMOS.

12. Для чого призначена зовнішня пам'ять.

13. Опишіть будову та призначення жорсткого магнітного диску.

14. Опишіть будову та призначення гнучкого магнітного диску

15. Опишіть призначення та принцип запису інформації на оптичні диски. Які ви знаєте оптичні диски?

16. Назвіть основні компоненти обчислювальної машини за фон Нейманом.

17. Який вигляд має функціональна схема персонального комп’ютера?

18. Які функції виконує системна шина? Яка її структура?

19. Назвіть основні складові системного блоку.

20. Які електронні пристрої знаходяться на материнській платі?

21. Опишіть призначення оперативної пам’яті. Назвіть її характеристики.

22. Які функції виконує мікропроцесор? Назвіть характеристики сучасних мікропроцесорів.

23. Що таке тактова частота і розрядність МП?

24. Для чого призначені відеокарти?

25. Опишіть пристрої зовнішньої пам’яті.

26. Які ви знаєте види оптичних дисків? Назвіть їх характеристики.

27. Назвіть основні характеристики Flash-пам’яті.

28. Які пристрої інтегруються в ноутбуки?

1. Баглай Р.Є. Обчислювальна техніка та програмування  [фондові лекції]  / Баглай Р.Є. (електронний підручник у форматі pdf).

2. Маценко В.Г. Обчислювальна техніка та програмування [навчальний посібник] / Маценко В.Г. – Чернівці:ЧНУ, 2010. – 112 с. (електронний варіант, формат djv)

3. Співаковський О.В. Інформаційні технології в юридичній діяльності: базовий курс: [навчальний посібник]. / О.В.Співаковський, М.І. Шерман, В.М. Стратонов, В.В. Лапінський – Херсон: ХДУ, 2012. – 220 с.