Системний блок (корпус)

Системний блок стаціонарного ПК — прямокутний каркас, в якому розміщено всі основні вузли комп’ютера: материнську плату, адаптери, блок живлення, один-два накопичувачів на гнучких магнітних дисках (НГМД), один (іноді більше) накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД), динамік, дисковод для компакт-дисків або інші накопичувачі, органи керування. Серед органів керування, що, як правило, встановлюють на передній панелі можуть бути: вимикач електроживлення; кнопка загального скидання RESET; кнопка \”сну\”, яка дає змогу знизити енергоспоживання, коли комп’ютер не використовується; індикатори живлення та режимів роботи.

Із тильного боку системного блока розташовано штепсельні рознімні з’єднання — порти для підключення шнурів живлення і кабелів зв’язку із зовнішніми (встановленими поза системним блоком) пристроями. В середині системного блока розміщено плати сполучення пристроїв із центральним процесором (ЦП) та іншими пристроями на материнській платі (адаптери, або контролери, і плати розширення). 

Блок живлення

Цей блок перетворює змінний струм стандартної мережі електроживлення (220 В, 50 Гц) на постійний струм низької напруги. Він має кілька виходів на різні напруги (12 і 5 В), які забезпечують живленням відповідні пристрої комп’ютера. Електронні схеми блока живлення підтримують ці напруги стабільними незалежно від ко­ливань мережної напруги в досить широких межах (від 180 до 250 В). Звичайна потужність блоків живлення ПК становить 150—230 Вт, для мережного сервера вона може бути значно більшою. Більшість блоків живлення має вентилятор для відведення із системного блока надмір­ного тепла, що виділяється під час роботи електронних пристроїв.

Системна (материнська) плата

Так називають велику друковану плату одного із стандартних форматів, яка несе на собі головні ком­поненти комп’ютерної системи: ЦП; оперативну пам’ять; кеш-пам’ять; комплект мікросхем логіки, що підтримують роботу плати, — чіпсет (chipset); центральну магістраль, або шину; контролер шини і кілька рознімних з’єднань-гнїзд (слотів, від англ. slot — щілина), які служать для підключення до материнської плати інших плат (контролерів, плат розширення та ін.). Частина слотів у початковій комплектації ПК залишається вільною. В рознімні з’єднання  іншої конфігурації встановлюють модулі оперативної пам’яті. Кількість і тип рознімних з\’єднань є однією з важливих характеристик системної плати, оскільки при доукомплектовуванні або модернізації комп’ютера вільних слотів може не вистачити.  

Крім того, на материнській платі є мініатюрні перемички (jumpers) або перемикачі (switches), за допомогою яких відбувається настроювання плати. На системній платі розташовано також з’єднувачі, до яких за допомогою спеціальних кабелів (шлейфів) підключають додаткові пристрої.                                  

Ще один важливий елемент, який встановлюють на системній платі, — мікросхема BIOS (Basic Input-Output System, базова система введення-виведення). Вона є енергонезалежним постійним запам’ятовуючим пристроєм (ПЗП), в який записано програми, що реалі­зують функції введення-виведення, а також програму тестування комп’ютера в момент вмикання живлення (POST, Power On Self Test), програму настроювання параметрів BIOS і системної плати та інші спеціальні програми.

У роботі BIOS використовують відомості про апаратну конфігурацію комп’ютера, які зберігає ще одна мікро­схема — CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM). Це енергозалежна пам’ять, що постійно підживлюється від батарейки, яка також знаходиться на системній платі. Вона живить і схему кварцового годинника — годинника реального часу (real-time, clock, RTC), що безперервно відлічує час і поточну дату.

Мікропроцесор                   

Мікропроцесор (МП) — це, по суті, мініатюрна обчислювальна машина. Основними параметрами МП є: набір команд, розрядність, тактова частота.                          

Набір або система команд постійно вдосконалюється, з\’являються нові команди, що замінюють серії найпримітивніших команд, — мікропрограми. На виконання нової команди потрібна менша кількість тактів, ніж на мікропрограму. Сучасні МП можуть виконувати до кількох сотень команд (інструкцій).

Розрядність показує, скільки двійкових розрядів (бітів) інформації обробляється (або передається) за один такт, а також скільки
двійкових розрядів може бути використано у МП для адресації оперативної пам’яті, передачі даних та ін.

Кількість пам’яті, що адресується, або адресний простір, залежить від числа ліній шини адреси МП. Якщо Цих ліній 20, то адресний простір становитиме 2²⁰ = 1 Мбайт; якщо ліній 24, то — 2²⁴ = 16 Мбайт, і т. д.

Тактова частота вказує, скільки елементарних операцій (тактів) МП виконує за секунду, вимірюється в мегагерцях (1 МГц = 1 000 000 Гц). Вона є лише відносним показником продуктивності МП. Через архітектурні відмінності МП у деяких з них за один такт виконується робота, на яку інші витрачають кілька тактів.

Важливими характеристиками сучасних МП, що впли­вають на їхню продуктивність, є ємність і швидкість функціонування вмонтованої кеш-пам’яті (від англійського cache — тайник). Річ у тім, що сучасні МП \”обганяють\” за тактовою частотою інші елементи комп’ютера. Найпринциповіше, що тактова частота МП в кілька разів вища, ніж частота синхронізації системної шини, по якій від­бувається обмін інформацією з відносно повільним оперативним запам’ятовуючим пристроєм (ОЗП). Без внутрішньої кеш-пам’яті (що має особливо високу швидкодію) МП часто працював би вхолосту, чекаючи чергової інструкції з ОЗП або закінчення операції запису у пам’ять.

Накопичувачі

Накопичувачі — це запам’ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації.

Накопичувач можна розглядати як сукупність носія та відповідного приводу. Розрізняють накопичувані зі змінними і незмінними носіями.

Привід — це поєднання механізму читання-запису з відповідними електронними схемами керування. Його конструкція визначається принципом дії та виглядом носія. Носій, що є середовищем зберігання інформації, на зовнішній вигляд може бути дисковим або стрічковим; за принципом запам’ятовування — магнітним, магнітооптичним, оптичним. Стрічкові носії застосовують тільки в магнітних накопичувачах; у дискових використовують магнітні, магнітооптичні й оптичні методи запису-зчиту­вання. Дискові носії (дисководи) розрізняються залежної від типу носія.                                      

Інформація на дискових носіях зберігається в сектоpax (як правило, по 512 байт). На магнітних носіях секто­ри розташовуються вздовж концентричних кіл — доріжок.  Якщо запис ведеться на кількох поверхнях носія (для дискети це два боки магнітного диска), то сукупність доріжок з однаковими номерами називається циліндром. Сектори і доріжки утворюються під час форматування носія. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм-утилітів. Ніяка інформація користувача не може  бути записана на неформатований носій.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

Накопичувач на жорстких магнітних дисках — це пристрій з незмінним носієм. Його конструктивна схема схожа зі схемою НГМД, але реалізація істотно інша. НЖМД має забезпечувати в сотні разів більші ємність та швидкість обміну даними. Тому інформація записується не на один, а на набір дисків, що складається з кількох пластин, ідеально плоских і з відполірованим феро­магнітним шаром. При цьому запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх).

Отже, працює не одна, а група магнітних головок, складених в єдиний блок. Пакет дисків обертається без­перервно і з великою частотою (до 7500, а в окремих мо­делях до 10 000 об/ід), поки ПК ввімкнений, і тому контакт головок і дисків недопустимий. Кожна головка „плаває” над поверхнею диска на відстані 0,5—0,13 мкм. Проникнення в такий механізм найдрібніших пилинок вивело б його з ладу; тому електромеханіч­ну частину накопичувана закрито герметичним корпусом.

На швидкодію НЖМД впливають такі характеристики: частота обертання шпинделя, ємність кеш-памяті, час пошуку або час доступу, час затримки, швидкість обміну.

Адаптери

Форми подання даних і керуючих сигналів, викорис­товуваних у різних пристроях ПК, істотно різні, оскільки різними є функції пристроїв, фізичні принципи їхньої ро­боти, форми взаємодії з людиною. Так, дані, які зчитуються з дискети, подаються послідовністю електричних імпульсів, кожний з яких несе значення одного біта. Ті самі дані в системній шині зображаються комбінацією, наприклад, 32 імпульсів, які передаються одночасно.

Для підтримання взаємодії пристроїв необхідно вико­нувати перетворення форм подання інформації, викорис­товуючи спеціальні пристрої – адаптери. Конструктив­но — це друковані плати, що, з одного боку, мають стан­дартне рознімне з’єднання для сполучення з шиною, а з іншого — специфічне рознімне з’єднання (одне або кілька) для зв’язку з відповідним пристроєм. На платах розміщують мікросхеми й інші елементи, які виконують необхідні перетворення. З удосконаленням елементної ба­зи зменшується потреба в адаптерах, оскільки деякі функції щодо перетворення сигналів виконують елек­тронні схеми керування самих пристроїв (наприклад, на­копичувачів), а деякі з узгоджень забезпечують мікросхе­ми, встановлені на системній платі.

Види пам’яті

Розрізняють постійну (постійний запам’ятовуючий пристрій – ПЗП) та оперативну (оперативний запам’ятовуючий пристрій – ОЗП) пам’ять.

Постійна пам’ять (RОМ — Read Onily Memory) – це енергонезалежна пам’ять, яка використовується для тривалого зберігання інформації. До неї відносяться пристрої: НЖМД або вінчестер, накопичувач на гнучкому магнітному диску (НГМД) або дискети, компакт-диски. Дискети та компакт-диски крім збереження інформації використовуються для переносу формації між комп’ютерами.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках

Гнучкі носії для магнітних накопичувачів випускають у вигляді дискет, або флоппі-дисків. Власне носій — це плоский диск зі спеціальної плівки (майлара), що має до­статню міцність і стабільність розмірів. Він покритий фе­ромагнітним шаром і поміщений у захисний конверт (оболонка дискети). На 3,5-дюймовій дискеті є віконце із засувкою, під час відкривання якої будь-яка зміна інформації на дискеті стає неможливою. Маркування HD (high density — висока щільність) оз­начає, що використовується 80 доріжок із високою щільністю запису, стандартна ємність дискети — 1,44 Мбайт.

На відміну від жорсткого диска, диск у НГМД приво­диться в обертання тільки за командою на читання або за­пис; в інший час він перебуває у спокої. Головка читан­ня-запису під час роботи накопичувача механічно контак­тує з поверхнею носія, що призводить до швидкого спрацювання дискет.

Накопичувачі CD-ROM

Накопичувачі на компакт-дисках (CD-ROM) здатні тільки прочитувати дані, занесені на диск. Маючи велику ємність (до 640 Мбайт) та високу швидкість зчитування, вони ефективні при зберіганні й поширенні великих об­сягів інформації (великі програмні комплекси, довідники, словники тощо).

Цифрова інформація відображається на пластиковому диску з покриттям у вигляді западин (невідбивних плям) та острівців, що відбивають світло. На відміну від вінчестера, доріжки якого мають вигляд концентричних кіл, компакт-диск має одну безперервну доріжку у формі спіралі.

Зчитування інформації з компакт-диска відбувається за допомогою лазерного променя. Потрапляючи на острівець, що відбиває світло, він відхиляється на фотодетектор, який інтерпретує це як двійкову одиницю. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається — фотодетектор фіксує двійковий нуль. Як відображальна використовується алюмінієва поверхня.

У сучасних накопичувачах CD-ROM використовують кілька стандартів запису інформації, найпоширенішим з яких є стандарт ISO 9660, особливо в частині рівня фай­лової системи. Стандарт дає змогу зберігати інформацію на компакт-диску і звертатися до неї так само, як і до інформації на жорсткому диску або дискеті.

Пристрої CD-ROM мають, як правило, внутрішнє ви­конання, застосовується інтерфейс IDE, рідше — SCSI. У першому випадку використовується модифікація IDE — ATAPI (АТА Packet Interface, пакетний інтерфейс АТА). Однією з важливих характеристик пристроїв цього типу є частота обертання шпинделя, з якою прямо пов’язана швидкість обміну даними з пристроєм. За стандартної ча­стоти обертання швидкість передачі даних становить близько 150 Кбайт/с. Удво- і більш швидкісних CD-ROM диск обертається з пропорційно більшою частотою, і про­порційно підвищується швидкість передачі даних. Напри­клад, швидкість 1200 Кбайт/с (восьмишвидкісний пристрій) позначається 8х. Сучасні 24- і навіть 36-швидкісні накопичувачі CD-ROM за швидкістю доцільного доступу до даних (80—250 мс)
відстають від НЖМД.

Оперативна пам’ять (RAM— random access memory — пам’ять прямого доступу) – це енергозалежна пам’ять, яка використовується під час роботи комп’ютера. Характерною є велика швидкість виконання операцій. Обсяг ОЗП персональних ЕОМ зараз становить від 16 Мb і вище 1 Gb в зaлeжнocтi вiд класу. Після вимикання живлення інформація в пам’яті не зберігається. Оперативна пам’ять розподілена на елементарні області — байти. Кожний байт має свою адресу.