Budowa i działanie komputera PC

KOMPUTER = JEDNOSTKA CENTRALNA + URZĄDZENIA ZEWNĘTRZNE JEDNOSTKA CENTRALNA = PAMIĘĆ OPERACYJNA + PROCESOR urządzenia wejściowe URZĄDZENIA ZEWNNĘTRZNE = urządzenia wyjściowe urządzenia wejściowo - wyjściowe

Niezbędne elementy składowe: jednostka centralna | monitor | klawiatura Jednostka centralna: płyta główna | procesor | wentylator procesora | pamięć operacyjna | zasilacz | dysk twardy | karta graficzna | obudowa Peryferia wewnętrzne: stacja dyskietek | napęd optyczny | nagrywarka | karta dźwiękowa | karta sieciowa | kontroler SCSI | karta telewizyjna Peryferia zewnętrzne: mysz (lub Trackball/TrackPoint/TouchPad) | drukarka | ploter | skaner | mikrofon | modem | głośniki | słuchawki | dżojstik | GamePad | zasilacz UPS | listwa antyprzepięciowa

Podstawowe elementy

Płyta główna

Chipset Chipsety są układami scalonymi stanowiącymi integralną część płyty głównej. Ich liczba może być różna i w zależności od typu waha się od jednego do kilku sztuk ( np.; SIS 5571 - pojedynczy układ, Intel 430 FX Triton - cztery układy scalone). Od strony funkcjonalnej chipset składa się z wielu modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali ISA, PCI, pamięci DRAM, SRAM i innych). Trzon każdego chipsetu stanowi: -kontroler CPU, -kontroler pamięci operacyjnej RAM, -kontroler pamięci cache, -kontroler magistral ISA, PCI i innych.

Dodatkowo chipset może integrować następujące elementy: -kontroler IDE, SCSI, FDD i innych, -kontroler klawiatury (KBC), przerwań IRQ, kanałów DMA, -układ zegara rzeczywistego (RTC), -układy zarządzania energią -kontroler układów wejścia / wyjścia: Centronix, RS232, USB i innych, -kontroler takich interfejsów jak: AGP, UMA, adapterów graficznych i muzycznych.

Bios

Bios i jego rola BIOS jest to skrót od "Basic Input Output System"- podstawowy system Wejścia /Wyjścia. Najniższy poziom oprogramowania komputera umożliwiający działanie innych programów i operacji wykonywanych przez komputer . BIOS jest łącznikiem między sprzętem a uruchamianymi programami. Procedura BIOS-u została zapisana w pamięci stałej komputera , w odpowiednich układach scalonych , w postaci rozkazów języka maszynowego. Procedury te można odczytać ale nie można ich zmodyfikować Programy znajdujące się w BIOS-ie dzielą się na dwie grupy: -programy testująco-inicjujące pracę komputera, -programy zawierające procedury sterujące różnymi elementami komputera, jak np.: napędami dyskowymi , urządzeniami wejścia/ wyjścia. BIOS steruje współpracą wszystkich podstawowych funkcji komputera z systemem operacyjnym. Troszczy się między innymi o to, by sygnały wychodzące z klawiatury przetwarzane były do postaci zrozumiałej dla procesora. BIOS posiada własną, choć niewielką pamięć, w której są zapisane informacje na temat daty, czasu oraz dane na temat wszystkich urządzeń zainstalowanych w komputerze

Złącza ISA - Industry Standard Architecture bus PCI - Peripheral Component Interconnect Magistrala komunikacyjna służąca do przyłączania urządzeń do płyty głównej. Po raz pierwszy została publicznie zaprezentowana w czerwcu 1992r.

PCI Express (3GIO - 3rd generation I/O) Porty Graficzne AGP Accelerated Graphics Port Rodzaj zmodyfikowanej magistrali PCI opracowanej przez firmę Intel. Jest to 32-bitowa magistrala PCI zoptymalizowana do szybkiego przesyłania dużych ilości danych pomiędzy pamięcią operacyjną a kartą graficzną AGP 1.0 lub AGP 1x, używa 32-bitowej szerokości magistrali przy taktowaniu 66 MHz i napięciu 1.5 V lub 3.3 V. Maksymalny transfer jest ograniczony do 266 MB/s. AGP 2x używa wciąż magistrali o szerokości 32 bitów i taktowania 66 MHz lecz transfer odbywa się tu na obu zboczach sygnału zegarowego (efektywna częstotliwość 133 MHz) co umożliwia transfer na poziomie 533 MB/s. Napięcie jest identyczne jak w AGP 1x. AGP 4x posługuje się taktowaniem 133 MHz i transferem na obu zboczach i w rezultacie maksymalny transfer 1066 MB/s. Napięcie zredukowano do 1.5 V. AGP 8x to transfer na obu zboczach ale przy częstotliwości 266 MHz; transfer 2133 MB/s. Standard ten obniża napięcie do 0.8 V. PCI Express (3GIO - 3rd generation I/O) szeregowa magistrala służąca do podłączania urządzeń do płyty głównej.

Porty (złącza, przyłącza) W komputerze na płycie głównej znajdują się złącza dla procesora, pamięci operacyjnej, kart rozszerzających (np. PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne, ...) i zasilacza oraz dla niektórych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy). RS-232 jest stykiem przeznaczonym do szeregowej transmisji danych. Specyfikacja opisuje 25 styków. Najbardziej popularna wersja tego standardu, RS-232-C pozwala na transfer na odległość nie przekraczającą 15 m z szybkością maksymalną 20 kbit/s. Port równoległy (ang. Parallel Port) jeden z portów komunikacyjnych komputera. Obok portu szeregowego jeden z najczęściej stosowanych. Port ten umożliwia równoległy przesył n bitów, co w porównaniu z transmisją szeregową znacznie przyśpiesza transfer.

USB (ang. Universal Serial Bus - uniwersalna magistrala szeregowa) to typ złącza, pozwalającego na podłączanie do komputera urządzeń cyfrowych (takich jak: kamery video, aparaty fotograficzne, skanery, drukarki, itp). Urządzenia USB możemy podzielić ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami na: 1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować z prękościami 1.5 Mbit/s lub 12 Mbit/s 2.0 Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z prędkością 480 Mbit/s PS/2 (Personal System/2) to port komunikacyjny opracowany przez firmę IBM. Jest on odmianą portu szeregowego przeznaczoną do podłączania klawiatury i myszy.

Pamięci – rodzaje i definicje Na poziomie logicznym pamięć jest to zbiór komórek, zapisanych ciągiem zero-jedynkowym o określonej długości (taki ciąg nazywamy słowem). Komórki pamięci są ponumerowane, a numer komórki nazywa się adresem. Procesor komunikuje się z pamięcią operacyjną i wykonuje rozkazy pobrane z programu zawartego w pamięci. Pamięci dzieli się ze względu na: ulotność pamięci ulotne przechowują dane tak długo, jak długo są zasilane pamięci nieulotne zachowują informację po odłączeniu zasilania możliwości zapisu i odczytu tylko do odczytu (zapis odbywa się w fazie produkcji) jednokrotnego zapisu wielokrotnego zapisu nośnik półprzewodnikowy (układ scalony) optyczny magnetyczny (w tym pamięć ferrytowa) papierowy np. karta dziurkowana linia opóźniająca (np. pamięć rtęciowa)

Urządzenia zaliczane do kategorii pamięci: dyski twarde dyski optyczne: CD-ROM, CD-R, CD-RW DVD, DVD-R, DVD+(-RW) , dyski magnetooptyczne rejestry procesora, pamięć cache pamięć operacyjna czyli RAM i jej różne odmiany PRAM, MRAM, FRAM ROM - Read-Only Memory (pamięć tylko do odczytu) PROM - Programmable Read-Only Memory (programowalna pamięć tylko do odczytu) EPROM - Erasable-Programmable Read-Only Memory (kasowalno-programowalna pamięć tylko do odczytu (kasowana światłem UV) EEPROM - Electrically Erasable-Programmable Read-only Memory (elektrycznie kasowalno-programowalna pamięć tylko do odczytu (kasowana elektrycznie) Flash EEPROM (Błyskawicznie działająca elektrycznie kasowalno-programowalna pamięć tylko do odczytu kasowana elektrycznie)

RAM – Random Access Memory Pamięć operacyjna RAM – Random Access Memory Układy pamięci RAM zbudowane są z elektronicznych elementów, które mogą zapamiętać swój stan. Dla każdego bitu informacji potrzebny jest jeden taki układ. W zależności od tego czy pamięć RAM jest tak zwaną statyczną pamięcią (SRAM-Static RAM), czy dynamiczną (DRAM-Dynamic RAM) zbudowana jest z innych komponentów i soje działanie opiera na innych zasadach. Pamięć SRAM jako element pamiętający wykorzystuje przerzutnik, natomiast DRAM bazuje najczęściej na tzw. pojemnościach pasożytniczych (kondensator). Rodzaje pamięci RAM Fast Page Mode (FPM RAM) Czas dostępu wynosi zazwyczaj 70 lub 60 ns. Układy te charakteryzują się niską - jak na dzisiejsze czasy - wydajnością, dane przesyłane są jako seria 5-3-3-3 w cyklach pracy procesora. Extented Data Output (EDO RAM) Obecnym standardem w świecie PC stały się pamięci EDO. Czas dostępu wynosi tutaj 70 i 60 ns. Coraz częściej spotyka się także układy pracujące z szybkością 50 ns, są one szczególnie popularne w nowszych kartach graficznych.

Burst Extended Data Output (BEDO RAM) Rozwinięciem pamięci EDO jest BEDO RAM. Zasadniczą zmianą w przypadku BEDO jest sposób, w jaki dane przesyłane są po wyznaczeniu adresu. Otóż dzięki temu, że BEDO posiada wewnętrzny licznik adresów, kontroler pamięci odwołuje się tylko do pierwszej komórki pamięci, a pozostałe bity przesyła samoczynnie układ logiki. Jest to tak zwane przesyłanie w trybie burst Synchroniczna DRAM (SDRAM) Nowsze płyty główne zbudowane na układach Intel Triton VX i TX oraz VIA 580VP i 590VP potrafią współpracować także z pamięciami SDRAM (Synchronous Dynamic RAM SIMM-y kontra DIMM-y Opisywane wyżej różne rodzaje pamięci są produkowane jako układy scalone. Jednak konieczność rozbudowy współczesnych komputerów sprawia, że nie jest opłacalne wlutowywanie na stałe układów scalonych. Dlatego też już od dawna, pamięci są montowane w tak zwanych modułach. Najpopularniejsze jak dotąd moduły SIMM (Single In Line Memory Module) oznaczają sposób zorganizowania kości pamięci, a nie ich rodzaj. Standard DIMM, nowy w świecie PC, lecz bardzo dobrze przez użytkowników Macintoshy, oznacza Dual In Line Memory Module. Szerokość danych modułów SIMM wynosi 32-bity, a DIMM 64-bity, dlatego też w przypadku 64-bitowej magistrali konieczne jest łączenie SIMM-ów w pary dla odsadzenia pojedynczego banku. Fakt iż pamięci SDRAM spotykane są w modułach DIMM nie oznacza, że te dwa standardy są ze sobą tożsame. Równie dobrze w 64-bitowym gnieździe DIMM można umieścić pamięć EDO lub FPM.

Dyski twarde Twardy dysk – jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa twardy dysk (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. miękkich dysków, czyli dyskietek (floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne. Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w latach 70-tych firma IBM. Była to słynna seria o nazwie Winchester. Obecnie sam wynalazca nie produkuje już dysków - w 2002 roku zawarł porozumienie joint venture z firmą Hitachi, na mocy którego IBM prowadzi prace badawcze oraz sprzedaje rozwiązania (systemy dyskowe jak ESS - Enterprise Storage Systems), a Hitachi produkuje jednostki dyskowe, jak też i systemy dyskowe. Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/sek.) oraz MTBF. Kilka dysków twardych można łączyć w jedną logiczną całość: macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu.

ATA - Advanced Technology Attachment Interfejsy: ESDI (Enhanced Small Device Interface) - opracowany przez firmę Maxtor. Pozwalał na większą pojemność dysków (powyżej 100 MB), czas dostępu - kilkanaście sekund, transfer - maksymalnie 3 MB/s. IDE (Integrated Drive Electronics) - opracowany w 1987 r. Najbardziej popularny, stosowany dzisiaj interfejs. Pozwala na podłączenie dwóch komponentów (HDD lub CD-ROM) lub czterech w nowszej, rozszerzonej wersji Enhanced IDE ATA - Advanced Technology Attachment przepustowość kontrolera może wynosić: PIO-0 - 4,1 MB/s, PIO-2 - 8,3 MB/s, PIO-3 (Fast ATA) - 13,3 MB/s, PIO-4 (Fast ATA-2) - 16,6 MB/s, Ultra ATA - 33,3 MB/s, ATA 66 – 66 MB/s ATA100 – 100 MB/s Bardzo ważne jest odpowiednie połączenie dysku z magistralą. Na przykład gdybyśmy chcieli podłączyć nowoczesny dysk do starego kontrolera ISA, straty na wydajności wyniosłyby 40 - 50 %. SCSI (Small Computer System Interface) - Podstawową cechą wyróżniającą opracowaną w 1986 roku specyfikację SCSI jest to, że określa ona standard magistrali

Większe polepszenie parametrów transmisji oferuje używająca 68-żyłowego połączenia odmiana określana jako Wide SCSI. W trybie synchronicznym umożliwia ona transmisje siegającą 40 MB/s. Do podłączenia adaptera wykorzystywana jest przy tym 16- lub 32-bitowa magistrala danych.

CD ROM Red Book - z 1982 r. dla płyt CD Audio Yellow Book - z 1984 r. z rozszerzeniem z 1989 r. dla płyt odczytu CD-ROM i CD-ROM/XA Green Book - z 1987 r. dla rejestracji interaktywnych CD-I White Book - z 1993 r. dla cyfrowego zapisu sekwencji wideo Blue Book - z 1996 r. dla multimedialnych zapisów domowych Orange Book - z 1990 r. z uzupełnieniem w 1995 r. dla płyt zapisywalnych CD-R, CD-RW i CD-E Płyta kompaktowa ma średnicę 12 cm (4 i 3/4 cala), nieco ponad milimetr grubości i waży około 14 g ( 1/2 uncji). Jak głosi plotka rozmiar ten wybrano, dlatego, że właśnie na takim dysku można było zmieścić „Dziewiątą Symfonie Beethovena?” Dane te przechowywane są w formie mikroskopijnych rowków (ang. Pits) i miejsc płaskich – brak rowka (ang. Lands). Rowki mają zawsze tą samą głębokość i szerokość, ale ich długość i długość przerw rozdzielających je może być różna. Pit ma około 1 mikrona szerokości, zaś pojedynczy dysk CD-ROM zawiera w przybliżeniu 2,8 miliarda Pits. Spiralna ścieżka okrąża dysk 20 000 razy i ma długość około 7 km. Jej odczyt odbywa się bezkontaktowo za pomocą promienia świetlnego emitowanego przez laser.

DvD - Digital Versalite Disc Dyski jednostronne jednowarstwowe – o pojemności 4,7 GB (pierwsza generacja DVD), przypominające w dużym stopniu tradycyjne dyski CD-ROM, lecz o podwyższonej szybkości transmisji. Dla nośników przygotowanych przez branżę rozrywkową (filmy) szybkość transmisji wynosi 600 KB/s – co odpowiada czytnikom CD-ROM x4 Dla aplikacji komputerowych szybkość ta przekracza 1,3 MB/s – co jest porównywalne z czytnikiem CD-ROM x 10 dwuwarstwowe przeznaczone do nośników wyposażonych w laser o dwu różnych stopniach intensywności stopnia świecenia. Maksymalna pojemność tak upakowanej informacji wynosi 8,5 G Dyski dwustronne jednowarstwowe, które podczas odczytywania danych znajdujących się po drugiej stronie płyty trzeba odwrócić. Łączna pojemność dwóch stron płyty jest równa 9,4 GB dwuwarstwowe, posiadające cztery warstwy nośnika optycznego o łącznej pojemności powyżej 17 GB – co wystarcza na odtwarzanie ośmiogodzinnej projekcji filmowej.

Na pierwszy rzut oka trudno odróżnić dysk DVD od klasycznego kompaktu. Jest on plastikowym krążkiem o średnicy 120 mm i grubości 1,2 mm, który podobnie jak płyta CD wymaga lasera do odczytu danych umieszczonych wzdłuż spiralnej ścieżki. Dlaczego więc na płycie DVD mieści się wielokrotnie więcej informacji? Wynika to zmiany struktury samego nośnika, której nie możemy zobaczyć gołym okiem. W odróżnieniu od płyty CD zmniejszono odległość pomiędzy ścieżkami – z 1,6 ľm do 0,74 ľm. Zagęszczono również dane na samej ścieżce. Odległość między sąsiednimi elementami zmniejszono z 0,834 ľm w CD do 0,4 ľm w DVD.