Spotkanie 10:Budowa komputera PC.

Lekcja  10

Temat:Budowa komputera PC.

Komputer (z ang. computer od łac. computare - obliczać, dawne nazwy: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) - urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego. Najpopularniejszym obecnie rodzajem komputera jest stacjonarny komputer osobisty (desktop), z tego powodu potocznie traktowany jest jako synonim komputera w ogóle. Komputery a inne maszyny liczące Komputer od tradycyjnego kalkulatora odróżnia zdolność wykonywania wielokrotnie, automatycznie powtarzanych obliczeń, wg algorytmicznego wzorca zwanego programem, gdy tymczasem kalkulator może zwykle wykonywać tylko pojedyncze działania. Granica jest tu umowna, ponieważ taką definicję komputera spełniają też kalkulatory programowalne (naukowe, inżynierskie), jednak kalkulatory służą tylko do obliczeń matematycznych, podczas gdy nazwa komputer najczęściej dotyczy urządzeń wielofunkcyjnych. Jakkolwiek istnieją mechaniczne urządzenia liczące, które potrafią realizować całkiem złożone programy, zazwyczaj nie zalicza się ich do komputerów. Warto jednak pamiętać, że prawzorem komputera była maszyna Turinga, którą można by wykonać w całości z części mechanicznych, a pierwsze urządzenia ułatwiające obliczenia były znane w starożytności, np. abakus z 440 p.n.e.. W początkowym okresie rozwoju komputerów budowano komputery zerowej generacji na przekaźnikach i elementach mechanicznych. Właściwie wszystkie współczesne komputery to maszyny elektroniczne. Próby budowania komputerów optycznych (wykorzystujących przełączniki optyczne), optoelektronicznych (kombinowane z elementów optycznych i elektronicznych), biologicznych (wykorzystujące wypreparowane komórki nerwowe) czy molekularnych (wykorzystujące jako bramki logiczne pojedyncze cząsteczki) są jeszcze w powijakach i do ich praktycznego zastosowania jest wciąż długa droga. Innym rodzajem komputera jest komputer kwantowy, którego układ przetwarzający dane wykorzystuje prawa mechaniki kwantowej. Współcześnie komputery dzieli się na: komputery osobiste (PC) - o rozmiarach umożliwiających ich umieszczenie na biurku, używane zazwyczaj przez pojedyncze osoby, komputery domowe - poprzedniki komputerów osobistych, korzystający z telewizora, jako monitora, komputery mainframe - często o większych rozmiarach, których zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów itp. komputery gospodarcze - używane w gospodarstwach rolnych w celu efektywnego sterowania procesami produkcyjnymi, superkomputery - największe komputery o dużej mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych obliczeń naukowych i symulacji skomplikowanych systemów, komputery wbudowane - (lub osadzone, ang. embedded) specjalizowane komputery służące do sterowania urządzeniami z gatunku automatyki przemysłowej, elektroniki użytkowej (np. telefony komórkowe itp.) czy wręcz poszczególnymi komponentami wchodzącymi w skład komputerów. Najwybitniejsi naukowcy, których prace przyczyniły się do powstania  komputerów: Blaise Pascal (kalkulator od nazwiska konstruktora zwany Pascaliną, 1642), Gottfried Leibniz (system binarny, żywa ława do obliczeń, mechanizm stepped drum), Charles Babbage (maszyna różnicowa, maszyna analityczna), Ada Lovelace (prace teoretyczne, wizjonerskie w jej czasach koncepcje wykorzystania komputerów), Claude Shannon (teoretyczne podstawy budowy komputerów - "przekucie" algebr Boola i współczesnej mu wiedzy o elektronice), Alan Turing (teoretyczne podstawy informatyki, Maszyna Turinga i Uniwersalna maszyna Turinga). Niektóre z historycznych modeli komputerów: Z3 - w pełni automatyczny komputer o zmiennym programie zbudowany przez niemieckiego inżyniera Konrada Zuse w 1941, Colossus - wyprodukowane przez rząd brytyjski podczas drugiej wojny światowej w liczbie 11 sztuk komputery lampowe, których zadaniem było od 8 grudnia 1943 roku łamanie szyfrów maszyny Enigma (zwłaszcza do złamania szyfrów maszyny Lorenza), ENIAC - tworzony w latach 1943 - 1946 elektroniczny komputer, który składał się z 18 tys. lamp elektronowych 1500 przekaźników, ważył 30 ton i miał wymiary 15 na 9 metrów. Podstawowe elementy komputera Większość współczesnych komputerów opartych jest na tzw. architekturze von Neumanna (od nazwiska Johna von Neumanna), tj. składa się z trzech podstawowych elementów: procesora – podzielonego na część arytmetyczno-logiczną czyli układu, który faktycznie wykonuje wszystkie konieczne obliczenia oraz część sterującą pamięci RAM – (od ang. Random Access Memory) czyli układy scalone, które przechowują program i dane (umożliwia to m.in. samomodyfikację programu) oraz bieżące wyniki obliczeń procesora i stale, na bieżąco wymienia dane z procesorem urządzeń wejścia/wyjścia – które służą do komunikacji komputera z otoczeniem. Typy komputerów Przykład notebooka firmy IBM Współcześnie komputery dzieli się na: komputery osobiste („PC”, z ang. personal computer) – o rozmiarach umożliwiających ich umieszczenie na biurku, używane zazwyczaj przez pojedyncze osoby komputery domowe – poprzedniki komputerów osobistych, korzystające z telewizora, jako monitora. konsola – komputer wyspecjalizowany w programach rozrywkowych. Zazwyczaj korzysta z telewizora jako głównego wyświetlacza. Posiada ograniczone oprogramowanie przygotowane do wydajnego uruchamiania programów i gier. Na niektórych modelach można zainstalować innysystem operacyjny i wykorzystywać do specyficznych zastosowań, np. procesory graficzne konsoli PS3 znakomicie nadają się do łamania różnego rodzaju kodów. komputery mainframe – często o większych rozmiarach, których zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów itp. komputery gospodarcze – używane w gospodarstwach rolnych w celu efektywnego sterowania procesami produkcyjnymi. superkomputery – największe komputery o dużej mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych obliczeń naukowych i symulacjiskomplikowanych systemów. komputery wbudowane – (lub osadzone, ang. embedded) specjalizowane komputery służące do sterowania urządzeniami z gatunku automatyki przemysłowej, elektroniki użytkowej (np.telefony komórkowe itp.) czy wręcz poszczególnymi komponentami wchodzącymi w skład komputerów. http://pl.wikipedia.org/wiki/Komputer Płyta główna. Jest ona ważnym składnikiem komputera, na którym umieszczane i podłączane są wszelkie elementy zestawu komputerowego. Poniżej został ukazany obrazek z aktywnymi obszarami dzięki którym możesz wybrać to co cię interesuje. . PCI Standard PCI został zaprojektowany przez niezależne stowarzyszenie producentów sprzętu komputerowego znane pod nazwą Periphearl Component Interconnect Special Group (co można przetłumaczyć jako " grupa inicjatywna do zadań opracowania standardu połączeń urządzeń zewnętrznych " w skrócie PCI SIG 1). Magistrala PCI umożliwia zarówno 32-jak i 64-bitową transmisję danych . Akceptowane poziomy napięć wynoszą +5 lub +3.3 wolta , tak więc standard PCI może być stosowany zarówno w klasycznym sprzęcie posługującym się sygnałami o poziomie +5 V , jak i w nowoczesnych systemach pracujących z obniżonym napięciem zasilania . Standard PCI z założenia jest systemem elastycznym , zdolnym do ewoluowania w miarę rozwoju konstrukcji sprzętu komputerowego i przenośnym , czyli możliwym do implementacji w innych systemach komputerowych. Magistralę PCI można sobie wyobrazić jako ścieżkę przesyłu danych biegnącą równolegle do tradycyjnej magistrali ISA , EISA lub MCA . Zarówno procesor jak i pamięć RAM połączone są bezpośrednio z liniami magistrali PCI , do której z kolei poprzez specjalny układ pośredniczący (ang. PCI bridge ) dołączona jest klasyczna magistrala ISA , EISA lub MCA . Urządzenie zewnętrzne , jak karty sterowników graficznych , dyskowych , karty dźwiękowe i inne , mogą być dołączane bezpośrednio do magistrali PCI. Aktualna specyfikacja standardu PCI dopuszcza dołączenie do niej urządzeń przez co najwyżej trzy gniazda rozszerzające. Typowa płyta główna wykorzystująca magistralę PCI będzie więc dysponowała czterema lub sześcioma gniazdami tradycyjnej magistrali ISA , EISA lub MCA , oraz dodatkowo jednym lub trzema gniazdami PCI . Ponieważ magistrala PCI prowadzona jest niejako "równolegle" do tradycyjnej magistrali zewnętrznej , możliwe jest wbudowanie jej w płytę główną o praktycznie dowolnej architekturze . Same gniazd magistrali PCI są zbliżone do gniazd używanych w standardzie MCA , nie są jednak zgodne z tym standardem. Cenną zaletą standardu ,jest łatwość rozszerzenia magistrali z 32-bitowej do 64-bitowej. Wariant 32-bitowy dysponuje maksymalną przepustowością 132 MB na sekundę , podczas gdy w trybie 64-bitowym magistrala PCI jest w stanie transmitować do 264 megabajtów na sekundę. VLB (Vesa Local Bus) Standard magistrali lokalnej został opracowany przez stowarzyszenie o nazwie Video Electronics Standards Association i obecnie jest jeszcze jedną z najpopularniejszych magistral wśród użytkowników komputerów PC. Jednak magistrala PCI jest magistralą dominującą. W chwili obecnej trudno przewidzieć który standard ostatecznie zwycięży: być może żaden . Walka ta na pewno spowodowała wyparcie już takich standardów jak ISA, MCA , EISA i pojawienie się nowego rodzaju magistrali AGP.Dopuszczalna częstotliwość zegara taktującego magistralę VL wynosi od 16 do 66 MHz , co dla większości obecnie produkowanych modeli PC zapewnia zadowalającą przepustowość . Specyfikacja standardu VL 1.0 dopuszczała częstotliwość pracy do 40 MHz , zaś w wersji 2.0 wynosi ona maksymalnie 50 MHz . Liczba urządzeń jednocześnie dołączonych do magistrali wynosi 3 dla wersji 1.0 i 10 dla 2.0 i jest niezależna od miejsca ich dołączenia ( poprzez gniazda rozszerzenia lub bezpośrednio na płycie głównej ). Maksymalna prędkość ciągłej transmisji danych wynosi 106 MB/s , zaś dla wersji 64-bitowej przewiduje się prędkość rzędu 260 MB/s . Chociaż magistrala VL została zaprojektowana i zoptymalizowana pod kątem współpracy z procesorami rodziny Intel 86 , współpracuje ona również z innymi procesorami , co pozwala na implementowanie jej w innych systemach komputerowych . Ostatnią interesującą i użyteczną cechą magistrali VESA jest możliwość współpracy urządzeń 64-bitowych z gniazdami 32-bitowymi ( urządzenie takie transmituje wówczas dane w trybie 32-bitowym ) i odwrotnie urządzeń 32-bitowych z gniazdami 64-bitowymi ( transmisja jest oczywiście również 32-bitowa ) . Specyfikacja standardu magistrali VL dopuszcza również 16-bitowe urządzenia peryferyjne i procesory ( jak np.: procesor 386SX , dysponujący 16-bitową magistralą danych ). Standard VL definiuje dwa rodzaje urządzeń współpracujących z magistralą : urządzenia podporządkowane lub bierne -- target ang. local bus target , LBT ) i urządzenia nadrzędne ( czynne ) --master ( ang. local bus master, LBM ). Urządzenie typu master może dysponować własnym procesorem i jest w stanie samodzielnie realizować transfery danych z użyciem magistrali . Urządzenie bierne potrafi jedynie realizować żądania generowane przez pracujące w systemie urządzenia master . Wreszcie urządzenie master morze być podporządkowane innemu urządzeniu master. Istotną zaletą magistrali VL jest możliwość współpracy z szerokim wachlarzem oprogramowania systemowego i użytkowego.Współpraca urządzeń VL realizowana jest całkowicie na poziomie sprzętu , co zwalnia oprogramowanie systemowe i użytkowe od konieczności integracji w przesyłanie danych . Do zasilania urządzeń dołączonych do magistrali VL używane jest napięcie +5 woltów , a maksymalna obciążalność każdego gniazda rozszerzającego wynosi 2 ampery (pobór mocy do 10 watów). Specyfikacja standardu VL dopuszcza również stosowanie urządzeń o obniżonym napięciu zasilania równym 3,3 wolta , co pozwala na wykorzystanie w systemach VL najnowszej konstrukcji mikroprocesorów i innych układów scalonych . Dodatkowe złącza magistrali VL stanowią przedłużenie klasycznych gniazd ISA , EISA lub MCA znajdujących się na płycie głównej , przy czym geometria złącz w wersji 2.0 standardu pozostaje nie zmieniona . Aby umożliwić realizację transferów 64-bitowych przewiduje się multipleksowanie sygnałów przesyłanych złączami 32-bitowymi , co pozwoli na rozszerzenie funkcjonalności złącza przy zachowaniu dotychczasowej geometrii .  Gniazdo procesora Socket 5- w gnieździe tym możemy umieścić procesory Pentium P54C. Jeżeli mamy takie gniazdo na płycie głównej, to nie możemy zainstalować w nim procesora Pentium MMX, a jedynie Pentium MMX Overdrive. Socket 7- gniazdo do którego możemy wstawić zarówno procesory Pentium P54C, jak i Pentium P55C (MMX), a także w większości przypadków, procesory AMD K5/K6 i Cyrix M1/M2, jednak istnienie takiej możliwości najlepiej sprawdzić w instrukcji płyty głównej. Socket 8- gniazdo to przeznaczone jest wyłącznie dla procesorów Pentium Pro. Slot 1- tak zwane złącze krawędziowe- nowy standard montażu procesorów na płycie głównej. Przeznaczony jest do procesora Pentium II. Po zastosowaniu odpowiedniego adaptera można również włożyć doń Pentium Pro, jednak tylko w przypadku chipsetu obsługującego ten procesor.  BIOS 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. (Oprogramowanie przechowywane w układach scalonych nazywa się oprogramowaniem układowym, ang. firmware). 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 .Po uruchomieniu komputer wyświetla informacje na temat kombinacji klawiszy, za pomocą której możliwe jest wywołanie ustawień BIOS-u. Najczęściej jest to klawisz Delete lub kombinacja Ctrl + Alt + Esc. Po wejściu do BIOS-u możliwe jest dokonywanie różnych modyfikacji, na przykład takich jak skonfigurowanie nowo zainstalowanego dysku twardego. BIOS jest zasilany przez baterie. Jeżeli komputer nie jest używany przez dłuższy czas, należy włączyć go na kilka godzin, aby odpowiednio naładować baterię.  Cache Pamięć buforowa drugiego poziomu jest instalowana na płycie głónej w sposób umożliwiający jej rozbudowę. Płyty główne wyposażane są standardowo w pewną określoną ilość pamięci cache L2. Najczęściej spotykane rozmiary to 256 KB, 512 KB, 1MB, 2MB. Najważniejsze jest aby pamięć była zainstalowana (chociaż 128 KB, a najlepiej 512 KB). W efekcie następuje ogromny wzrost wydajności komputera. Zainstalowanie kolejnych kilobajtów już nie powoduje tak radykalnych przyrostów wydajności systemu (np. rozbudowa z 256 KB do 512 KB daje wzrost wydajności rzędu 5%), także koszt rozbudowy tej pamięci może okazać się niewspółmierny do wyników jakie przez to osiągniemy. Powyższe rozważania odnoszą się do pracy pod kontrolą systemów jednowątkowych. W przypadku korzystania z Windows NT, OS/2 lub Unix'a (systemów wielozadaniowych) każdemu wątkowi przydzielony jest odpowiedni rozmiar bufora, tak więc korzystne jest posiadanie przynajmniej 512 KB cache L2.  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 (power management)- pojęcie to ogólnie określa grupę funkcji umożliwiających zarządzanie, a przede wszystkim oszczędzanie energii podczas pracy komputera. Głównym założeniem systemu jest redukcja poboru prądu przez urządzenia, które w danej chwili są wykorzystywane. -kontroler układów wejścia / wyjścia: Centronix, RS232, USB i innych, -kontroler takich interfejsów jak: AGP, UMA, adapterów graficznych i muzycznych.Chipsetu nie da się wymienić na nowszy, tak jak ma to miejsce w przypadku np. procesora. Decydując się na dany model, jesteśmy całkowicie uzależnieni od jego parametrów, a jedynym sposobem wymiany jest zakup nowej płyty głównej. Konfiguracja parametrów pracy poszczególnych podzespołów wchodzących w skład chipsetu zmieniana jest poprzez BIOS i zapamiętywana w pamięci CMOSkomputera. Ustawienia te możemy zweryfikować, korzystając z programu usługowego BIOS-u.Producenci chipsetów starają się, aby jak najwięcej modułów było zawartych w jednym fizycznym układzie (chipie). Jest to jeden ze sposobów obniżenia kosztów produkcji płyt głównych, co ma bezpośredni wpływ na cenę gotowego komputera. Liczba chipsetów wchodzących w skład pełnej jednostki obsługującej komputer waha się od jednego układu do około 5-6. Poziom integracji jest ważny jedynie dla producentów płyt głównych. Integracja podsystemów RTC (zegar) oraz KBC (kontroler klawiatury) jest zbiegiem czysto kosmetycznym i ma na celu tylko i wyłącznie zmniejszenia kosztów produkcji przy wytwarzaniu płyt głównych. Fakt, że chipset zawiera moduły RTC/KBC, może stanowić dla nas informację o tym, iż mamy do czynienia z relatywnie nowym produktem. Producenci chipsetów dążą do jak największej integracji swoich układów oraz zwiększenia przepustowości magistral systemowych i lokalnych. Już dziś płyty główne wyposażane są w porty AGP i USB oraz zintegrowane kontrolery SCSI, a nowy chipset Intela o pseudonimie BX pracuje z częstotliwością taktowania 100 MHz.  Regulator napięcia Minimalne napięcie oferowane przez starsze zasilacze komputerów PC wynosi 5 V. Z kolei nowoczesne procesory żądają napięć leżących w granicach 2,5 i 3,5 V. Z tego względu płyty główne starszej generacji w momencie wymiany procesora na nowszy wymagają pośredniej podstawki pod procesor, która jest wyposażona w regulator napięcia Złącze EIDE EIDE (Enhaced Integrated Device Equipment)- rozszerzenie standardu IDE o szybsze protokoły transmisyjne i obsługę dużych dysków (powyżej 512 MB). Określenia związane z interfejsem EIDE, zintegrowanego z każdą nowoczesną płytą główną, są nieco pogmatwane. Znani producenci dysków twardych tacy jak Western Digital (EIDE) czy Seagate lub Quantum (ATA2, ATAPI, Fast ATA) używają różnych nazw dla tych samych protokołów i funkcji. Te odmienne określenia dla interfejsów różnią się tylko trybem transmisji danych, z których jeden wyznaczany jest przez PIO-Mode, a drugi przez DMA-Mode. ATA-3 zaś oznacza najszybszy wariant omawianego interfejsu, obejmujący również funkcję dla SMART służące do wykrywania błędów w pracy napędu. Zegar czasu rzeczywistego Jest to urządzenie mające na celu utrzymanie właściwej częstotliwości magistrali czyli częstotliwości, jaką procesor otrzymuje od płyty głównej. Z taką częstotliwością pracuje również pamięć robocza oraz pamięć podręczna drugiego poziomu. W przypadku komputerów z jednostką Pentium spotyka się zwykle 50 do 66, a komputery z procesorami klasy 486 pracują najczęściej przy 33MHz, rzadziej przy. Częstotliwość magistrali PCI jest w większości przypadków bezpośrednio zależna od tej częstotliwości, ponieważ często przyjmuje wartość połowy częstotliwości zewnętrznej.  Gniazdo pamięci SIMM Jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci SIMM (Single-Inline Memory Module)- standard konstrukcyjny o 32 stykach; szyna danych ma szerokość zaledwie 8 bitów. Pojęcie to czasem używane jest również w odniesieniu do modułów PS/2.  Gniazdo pamięci DIMM Jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci DIMM (Dual-Inline Memory Module)- moduły pamięci na karcie ze 168 stykami. Pracują z szyną adresową o szerokości 64 bitów.  Złącze napędów dyskietek Jest to złącze mające na celu połączenie napędu dyskietek z płytą główną. W tym przypadku mogą być podłączone do jednego złącza dwa napędy stacji dysków elastycznych, co i tak w dzisiejszych czasach jest wystarczające. Gniazdo zasilania Jest to gniazdo poprzez które doprowadzone jest napięcie zasilające całą płytę główną i umieszczone na niej elementy. W przypadku płyt AT mamy do czynienia z gniazdem dwuwtykowym, co może doprowadzić przy błędnym ich zamocowaniu do uszkodzenia płyty. Płyty standardu ATX tej wady nie posiadają.