скачать книгу бесплатно
Поскольку корпус в составе со всеми комплектующими получается достаточно тяжелым, часто он снабжается колесиками, позволяющими без труда его перемещать по ровной поверхности.
На передней панели находятся различные индикаторы и другие элементы управления, которые отображают все изменения в работе компьютера. Кроме того, в корпусе есть несколько дополнительных вентиляторов для охлаждения внутренних устройств (обычно два-три).
Для подобных корпусов обычно применяются блоки питания мощностью не менее 400 Вт (например, только для питания шести жестких дисков в момент запуска может потребоваться сила тока до 28 А, а при 12 В это составит 336 Вт). Часто в такой корпус устанавливается дополнительный блок питания, что позволяет повысить отказоустойчивость системы.
Обычно корпуса типа File Server имеют открывающуюся (откидывающуюся) переднюю крышку с замком, что позволяет скрывать элементы управления компьютером и устройствами хранения данных.
Блок питания
Блок питания – представитель внутренних устройств компьютера. Основное его предназначение – преобразование переменного тока высокого напряжения (110–230 В) в постоянный и, самое главное, стабилизированный ток низкого напряжения (12 В и 5 В), который питает все устройства компьютера. Даже если какое-то из устройств работает с другим напряжением, чтобы его получить, используется одно из стандартных напряжений, которое выдает блок питания.
Внешне блок питания выглядит как прямоугольная металлическая коробка (рис. 2.7), в которой расположены все необходимые для правильной работы электронные схемы. Здесь же находится вентилятор или вентиляторы, вытягивающие нагретый воздух из блока питания и, заодно, корпуса. Со стороны, выходящей на заднюю стенку корпуса, вентилятор закрыт решеткой. Это сделано специально, чтобы предотвратить попадание в него посторонних предметов.
Рис. 2.7. Внешний вид блока питания
На задней стенке блока находится разъем для подключения силового кабеля, который, в свою очередь, подключается к электрической розетке с переменным током. Могут также присутствовать выключатель напряжения (иногда переключатель напряжения 110/220 В) и дополнительный разъем для подключения кабеля питания монитора. В последнее время все большую популярность получают блоки питания, у которых имеется регулятор скорости вращения вентилятора. Поэтому к «обычному» набору компонентов на задней стенке блока питания может прибавляться еще и ручка такого регулятора.
На передней стенке блока питания находится отверстие, через которое выходит пучок проводов с группами контактов[1 - Такие контакты часто называют молексом.], на которых присутствуют формируемые блоком питания напряжения 5 В и 12 В. Рядом с этим отверстием располагаются дополнительные вентиляционные отверстия, через которые из корпуса вытягивается теплый воздух и, попадая на вентилятор, выходит наружу.
В дорогих блоках питания вентиляция продумана более рационально: вентиляционная решетка или отверстия находятся не на передней стенке, а на нижней, которая повернута в сторону процессора. Это обеспечивает более эффективное охлаждение процессора путем вытягивания нагретого воздуха непосредственно с его радиатора.
Основными требованиями, предъявляемыми к блоку питания, являются достаточная мощность и стабильность вырабатываемого электропитания, а также низкая шумность вентилятора. Последний фактор на стабильность работы компьютера не влияет, однако он влияет на настроение пользователя, которое может ухудшаться из-за слишком высокого уровня шума. Чтобы такого не случилось, как уже упоминалось выше, используются специальные регуляторы скорости вращения вентилятора, а также модифицированные решетки, которые его прикрывают. Ведь именно эта решетка в большинстве случаев является причиной шума, поскольку встает на пути вырывающегося из блока питания воздуха, что и приводит к появлению шума.
От мощности же блока питания напрямую зависят максимальное количество подключаемых устройств и возможность разгона комплектующих. Ведь каждое устройство использует некоторый запас мощности блока питания, который не является безграничным и очень быстро исчерпывается. А учитывая «прожорливость» современных процессоров, графических адаптеров, оперативной памяти и других устройств, мощность блока питания является очень критичным фактором.
Ниже приведен пример конфигурации компьютера, ориентированного на офисное использование, и подсчитана приблизительная мощность, потребляемая его комплектующими (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Потребление энергии комплектующими компьютера
Если подсчитать, то получается примерно 250 Вт. Блок же питания должен не только обеспечивать такую мощность, но и иметь запас по мощности. Кроме того, не следует еще забывать о подключенных USB-устройствах, которые также отнимают у блока питания часть мощности.
Как правило, в зависимости от типа корпуса, используются блоки питания от 150 Вт (в дешевом корпусе типа Mini Tower устанавливается блок питания 250–300 Вт). Если подходить к выбору блока питания с умом и с учетом того, что конфигурация у компьютера «средняя», то остановиться следует на блоках с минимальной мощностью 300 Вт.
Важно также учесть тот факт, что разгон процессора или видеокарты почти вдвое увеличивает потребляемую ими мощность. Поэтому вполне нормально, если приобретается блок питания мощностью 350 Вт. Но это не означает, что он будет постоянно потреблять 350 Вт, так как используется лишь необходимая в определенный момент часть мощности. Все остальное – запас мощности.
Стабильность электропитания также много значит. Не зря ведь блок питания имеет напряжения 5 В и 12 В, а не 5,7 В или 11,3 В. Некоторые комплектующие (например, процессор) вообще требуют напряжения питания строго определенной величины (например, 1,4 В). Они получают его от стабилизаторов на материнской плате, которые, в свою очередь, получают его путем преобразования питания 5 В. Поэтому если электропитание нестабильно, то это приводит не только к лишней нагрузке на стабилизаторы материнской платы, но и к перебоям в работе других устройств.
Мощный и стабильный блок питания сегодня является обязательным требованием для персонального компьютера. Если напряжение линий блока питания будет нестабильным (или значительно отличаться от эталонных напряжений), системные компоненты могут выйти из строя. В частности, материнские платы и процессоры очень чувствительны к нестабильному питанию.
Материнская плата
Материнская плата (рис. 2.8) – основная составляющая персонального компьютера. Это не только основной элемент, но и самостоятельное устройство, управляющее связями между установленными на него платами расширения, процессором, оперативной памятью и остальными компонентами.
Рис. 2.8. Внешний вид материнской платы
Материнские платы неодинаковы. Они различаются по функциональности, в частности по поддерживаемым типам процессоров и оперативной памяти, наличию быстродействующих портов, наличию и возможностям разного рода контроллеров, количеству слотов и т. д.
Ниже рассмотрены некоторые из таких особенностей и приведено достаточно подробное описание их назначения и возможностей.
Спецификация материнских плат
Спецификация материнской платы определяет не только ее размер, но и функциональные особенности построения, например наличие разного количе ства слотов, интегрированных контроллеров и т. д.
Существуют различные форм-факторы материнских плат, отвечающие определенным спецификациям. На сегодняшний день преобладают такие типоразмеры, как ATX, LPX, NLX, BTX. Кроме того, есть уменьшенные варианты упомянутых форматов: Mini-ATX, microATX, Flex-ATX, MicroNLX, MicroBTX, PicoBTX и т. д.
Нет абсолютно никакой надобности знать, чем они отличаются друг от друга и какие имеют преимущества друг перед другом. Главное, что они самодо статочны и на них можно установить все необходимые платы расширения.
Как уже упоминалось выше, форм-фактор материнской платы определяет не только ее геометрические размеры, но и количество слотов расширения. Например, один AGP– и шесть PCI-слотов могут быть размещены только на платах формата ATX или Extended ATX. На платах меньшего размера количество слотов будет другим (четыре у microATX и три у Flex-ATX). Часто один-два PCI-слота заменяются одним или двумя слотами PCI Express.
Процессорное гнездо
Процессорное гнездо, или, как его еще называют, слот (сокет), служит для установки центрального процессора на материнскую плату (рис. 2.9) и механического соединения его с группой печатных проводников.
Рис. 2.9. Пример процессорных слотов для процессоров AMD
Интерфейс процессорного гнезда напрямую зависит от системной логики, установленной на материнской плате. При этом гнездо имеет уникальную форму, что исключает установку процессора с другим интерфейсом. Более подробно об этом читайте ниже в разд. «Процессор и система охлаждения» данной главы.
Системная логика
Системная логика (чипсет) – главный компонент платы, отвечающий за ее функциональность и, в конечном итоге, за работу всех устройств компьютера. Он имеет небольшие размеры и обычно состоит из нескольких микросхем (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Пример микросхемы системной логики
Как правило, чипсет реализует «мостовую» архитектуру, то есть состоит из двух мостов: северного и южного, за каждый из которых отвечает своя отдельная микросхема (или несколько микросхем).
В северном мосте реализован контроллер памяти, графического порта AGP и шины PCI.
В южном мосте – контроллер ATA (IDE) для жестких дисков и IDE-устройств, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Южный мост соединяется с северным посредством высокоскоростной шины.
От модели чипсета зависят все основные характеристики платы: поддерживаемые типы процессоров и памяти, системной шины, портов для подключения внешних и внутренних устройств и различные дополнительные возможности (например, наличие интегрированного звука или графического ядра). Современные чипсеты включают в себя множество различных встроенных контроллеров (контроллер для подключения жесткого диска, контроллер шины USB и портов ввода и вывода и др.), что удешевляет компьютер и облегчает его сборку и использование. Иногда вообще можно обойтись без каких-либо плат расширения, так как все необходимое уже имеется в микросхемах системной логики.
Все группы чипсетов развиваются практически параллельно и в целом обеспечивают для своих процессоров примерно равные возможности по функциональности. Наибольшую популярность приобрели чипсеты, имеющие поддержку процессоров с интерфейсом Socket 939 (процессоры AMD) и LGA775 (процессоры Intel Pentium D), хотя до сих пор можно встретить чипсеты с поддержкой предыдущих интерфейсов.
Слоты оперативной памяти
Слоты оперативной памяти используются для установки модулей оперативной памяти. Они могут иметь разное количество контактов, которое зависит от типа поддерживаемой оперативной памяти, и снабжаются специальными креплениями, которые удерживают в них модули.
Как правило, на материнской плате имеется не менее двух слотов памяти. На дорогих моделях материнских плат их количество может доходить до четырех-шести (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Внешний вид слотов оперативной памяти
Слоты плат расширений
Слоты плат расширений, или просто слоты шин, используются для установки в них разных плат расширения, например видеокарты, звуковой карты, SCSI-контроллера, аналогово-цифрового модема и т. п.
На сегодняшний день используются PCI-, AGP-слоты и слоты PCI Express (рис. 2.12)[2 - Часто можно встретить названия PCIE, PCI-E, PCI-X.].
Рис. 2.12. Слоты PCI Express разных спецификаций (вверху и внизу – 16х, в центре – 1х)
Шина PCI Express наиболее быстродействующая и функциональная из выше перечисленных. Она имеет некоторые преимущества и вносит такие, например, новшества: позволяет использовать одновременно две видеокарты и выводить изображение сразу на два или даже четыре монитора. Существует несколько спецификаций этой шины, последняя из которых – PCI Express 16x – позволяет передавать данные со скоростью до 4 Гбайт/с, чего с избытком хватает для современных потребностей.
В AGP-слот (рис. 2.13), спецификаций шины[3 - Последняя спецификация шины – AGP 8x – позволяет передавать данные со скоростью 2 Гбайт/с.] которого существует также несколько, устанавливается видеокарта, а в PCI-слот (рис. 2.14) – любое устройство, включая и старые модели видеокарт, хотя в последнее время их встретить очень сложно.
Рис. 2.13. Слот AGP
Рис. 2.14. Слоты PCI
Количество слотов расширения может быть разным и в первую очередь зависит от форм-фактора материнской платы и ее функционального предназначения.
Разъемы
Материнская плата содержит большое количество разнообразнейших разъемов. Они используются для разных целей, например для подключения шлейфов данных и проводов питания устройств, подключения разного рода кабелей от внешней периферии и т. д.
Коннекторы имеют разную форму, соответствующую их типам и предназначению. На материнской плате изначально присутствуют разъемы для подключения IDE– или SCSI-устройств, FDD-разъем (рис. 2.15), разъем для подключения питания материнской платы, разъемы для вентиляторов. Кроме того, могут присутствовать ATA-разъемы, разъемы для подключения сетевого кабеля, разъемы для присоединения выхода звуковой карты и дополнительных портов, средств индикации и т. п.
Рис. 2.15. Сверху вниз: IDE-разъемы, FDD-разъем
Количество разъемов может быть разным и зависит от типа материнской платы и ее назначения (домашний или офисный компьютер, сервер). Например, серверные материнские платы содержат большее количество IDE-, SCSI– или USB-разъемов, нежели материнские платы офисных компьютеров.
Порты
Порты используются для подключения к ним разнообразной периферии, например модема, принтера, сканера и т. п. Количество разных портов зависит от «навороченности» материнской платы, но, как правило, присутствуют порты LPT, COM, USB и др.
LPT. Этот порт, называемый параллельным (рис. 2.16), представляет собой полнодуплексный порт, через который сигнал передается в двух направлениях по восьми параллельным линиям. Скорость передачи данных через LPT-порт составляет от 800 Кбит/с до 16 Мбит/с, что зависит от выбранного в BIOS режима работы порта. Как правило, параллельные порты обозначают индексами LPT1, LPT2 и т. д.
Рис. 2.16. Внешний вид LPT-порта
Этот тип порта уже практически не используется, поскольку ему на смену пришел более скоростной и функциональный USB-порт. Тем не менее к нему можно подключать принтер, сканер, модем и другие устройства. Кроме того, LPT-порт может быть использован для соединения двух компьютеров с помощью нульмодемного кабеля.
COM. Этот порт, называемый последовательным, представляет собой полудуплексный порт, через который данные передаются последовательно или сериями только в одном направлении в каждый момент времени (сначала в одну, потом в другую сторону). Максимальная скорость передачи данных через последовательный порт составляет 115 Кбит/с. Как правило, последовательные порты обозначаются индексами COM1, COM2 и т. д.
Материнские платы раннего выпуска имеют два разных COM-порта, которые различаются количеством контактов. Современные платы содержат лишь один (или два одинаковых) 9-контактный COM-порт (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Внешний вид 9-контактного COM-порта
Этот порт, как и LPT-порт, все реже используется на практике в силу своей функциональной и, самое главное, скоростной ограниченности. Однако, как ни странно, до сих пор выпускаются разного рода контроллеры, подключаемые к COM-порту.
К последовательному порту могут подключаться устройства, которые не требуют высокой скорости передачи, например мышь, модем, джойстик и т. п. Как и в случае с LPT-портом, этот порт также может использоваться для передачи данных между двумя компьютерами.
USB. Этот порт наиболее универсальный и используемый на практике. Это один из современных интерфейсов для подключения внешних устройств. Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме. При этом теоретическая скорость передачи составляет от 12 Мбит/с до 480 Мбит/с (в зависимости от спецификации порта[4 - Существует две спецификации USB-порта, последней из которых является USB 2.0.]).
К USB-порту (рис. 2.18) можно подключать разнообразные устройства, начиная с мыши и заканчивая цифровой видеокамерой. Теоретически, используя USB-концентраторы, к одному компьютеру можно подсоединить до 127 USB-устройств разного назначения. На практике подключение большого количества устройств требует достаточного запаса мощности блока питания, поскольку USB-устройства получают питание прямо через USB-разъем. Обычно же к компьютеру подключается одно-два устройства, например принтер и сканер.
Рис. 2.18. Внешний вид USB-портов (вверху) и USB-коннекторов (внизу)
Важной особенностью USB-порта является то, что он поддерживает технологию Plug & Play (все присоединенные к USB-порту устройства конфигурируются автоматически), то есть при подключении устройства пользователю не нужно устанавливать драйвер для него (компьютер сделает это сам). А это означает, что USB-порты поддерживают возможность «горячего» подключения[5 - Подключение периферии при включенном компьютере.].
Обычно на материнской плате присутствует не менее двух USB-портов. На хороших же материнских платах их количество может достигать шести-восьми.
PS/2. Это параллельный порт, используемый в основном для подключения мыши и клавиатуры. По функциональности он практически идентичен COM-порту, однако быстрее и компактнее по размерам (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Внешний вид PS/2-порта (слева) и PS/2-коннектора (справа)
Таких портов на материнской плате ни много ни мало два. В большем количестве нет необходимости, поскольку подключение нескольких клавиатур и мышей в принципе не предполагается, да и невозможно на аппаратном уровне.
IEE1394. Его еще часто называют FireWire. Он представляет собой последовательный порт, способный передавать данные со скоростью от 400 Мбит/с.
Используется в основном для обмена информацией с цифровыми видеоустройствами, которые требуют максимально быстрой передачи большого объема информации.
Порты FireWire бывают двух типов. В большинстве настольных компьютеров используются 6-контактные порты, а в ноутбуках – 4-контактные (рис. 2.20).
Рис. 2.20. 6-контактный порт FireWire (слева вверху), 4-контактный порт FireWire (справа вверху), контроллер с двумя портами FireWire (внизу)
На материнских платах обычно присутствуют два, иногда четыре таких порта.
Процессор и система охлаждения
Процессор
Процессор (Central Processing Unit, CPU) – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, задаваемые программой.
Физически процессор представляет собой интегральную микросхему (пластина кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие все его функции. Кристаллическая пластина обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (или медными) проводниками с металлическими штырьками (выводами, с помощью которых процессор закрепляется в процессорном гнезде на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).
Процессор обладает множеством характеристик, с помощью которых можно осуществлять сравнение различных моделей процессоров от разных производителей. Именно факт наличия нескольких производителей и влияет на разнообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться разными производителями.
На сегодняшний день на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров, а именно AMD и Intel. Поэтому их и рассматривают, когда речь идет о выборе процессора.
Вот некоторые представители этих типов: Intel Celeron, Intel Core 2 Duo (рис. 2.21), Intel Core 2 Quad, AMD Athlon, AMD Athlon 64 X2 (рис. 2.22) и др. Все они различаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием.
Рис. 2.21. Двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo
Рис. 2.22. Двухъядерный процессор AMD Athlon 64 X2 6000+
Рынок предлагает очень большой выбор процессоров разной частоты, начиная с «младших» (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер.
Следует также упомянуть то, что разработка процессоров идет по трем направлениям: процессоры для персональных компьютеров, процессоры для серверов и процессоры для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.). Процессоры третьего направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств.
Когда идет речь о сравнении быстродействия процессоров различных производителей, возникает множество спорных вопросов и еще больше неоднозначных ответов. Однако ясно одно: быстродействие процессора зависит от очень многих факторов, основными из которых являются пропускная способность шин обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и многое другое. С некоторыми из них вы сможете познакомиться ниже.
Частота ядра – показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Однако это совсем не означает, что она характеризует его быстродействие. Дело в том, что в зависимости от конструкции ядра и наполнения его различными аппаратными блоками ядро способно выполнять за один такт разное количество команд, поэтому часто бывает так, что процессоры с разной частотой имеют одинаковую производительность.
По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов в секунду. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составила бы 1 млрд операций в секунду. На практике же этот показатель вычислить достаточно трудно, поскольку на него влияет количество выполняемых операций за такт, сложность этих операций[6 - Часто одну операцию декодер команд разбивает на несколько более простых.], пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.
Слово «шина» следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными устройствами. Примером такого канала может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, с контроллером памяти, с видеокартой, жестким диском и т. д.
Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы. Так, чем выше ее разрядность и частота, тем больше данных может пройти через нее за единицу времени и тем больше информации будет обработано процессором или другим компонентом. Например, процессоры AMD имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют разную разрядность. Связано это с технологическими особенностями – не все элементы способны функционировать с частотой наиболее быстрой шины.
Именно здесь и кроется первая и самая главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем его скорости работы. На самом же деле все упирается в пропускную способность шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 бит (8 байт) информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, пропускная способность шины составит 8 байт 100 000 000 тактов, что равно примерно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше. Значит, при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора элементарно простаивает.
