Аппаратные средства персональных компьютеров. Самоучитель Соломенчук Валентин

Современные компьютерные технологии позволяют придать компьютеру любой внешний вид от стандартного железного ящика или ноутбука до наладонника, который помещается в карман пиджака, и игровой приставки, например, такой как ХЬох. Но для всех случаев внутри таких разнообразных корпусов скрываются одни и те же блоки и микросхемы. Чтобы не делать в тексте бесконечных оговорок и упростить понимание достаточно сложных понятий, далее примеры будут базироваться на наиболее дешевом и популярном варианте – настольном компьютере, выполненном, как показано на рис. 1.1.

Посмотрите на рис. 1.2, где в центре изображен системный блок, справа – монитор, а слева – клавиатура. Это, можно сказать, классический "джентльменский набор" основных блоков любого компьютера, или, используя компьютерную терминологию – минимальная конфигурация: системный блок, клавиатура и монитор.

Рис. 1.2. Взаимосвязь клавиатуры, системного блока и монитора (компьютер RAMEC BREEZE)

Системный блок содержит все те блоки, которые производят вычисления и обеспечивают связь с периферийными устройствами. Фактически, это и есть компьютер, о котором мы говорим. На заре эры вычислительной техники, то, что находится теперь в ящике 50x50 см толщиной в 20 см, занимало не одну большую комнату, если вспомнить, например вычислительную машину ЕС-1022. Прочие блоки, которые показаны на рис. 1.2 – это периферийные устройства, которые обеспечивают ввод и вывод информации из компьютера.

Клавиатура (слева) позволяет человеку ввести в компьютер ряд символов, чтобы дать команду на выполнение той или иной задачи или набрать какой-либо текст, скажем, для отчета или книги. Без клавиатуры просто невозможно полноценно использовать компьютер для решения текущих задач, хотя инженеры усиленно работают над тем, чтобы человек мог общаться с компьютером с помощью так называемого «пера» и голоса.

Монитор (справа) обеспечивает вывод графической информации в том виде, какая требуется для удобного восприятия человеком. От качества изображения на экране монитора в первую очередь зависит, насколько комфортно человеку общаться с компьютером. Заметим, что стоимость монитора часто превосходит цену системного блока, но экономия в данном случае – не только путь к снижению производительности труда, но и к неприятным болезням глаз.

На рис. 1.2 стрелками показано движение информации между блоками компьютера. От клавиатуры идет редкий поток символов, которые человек посылает компьютеру, нажимая на клавиши. Скорость набора текста или нажатия клавиш редко превышает 200 символов в минуту, поэтому такой информационный поток мы обозначили тонкой сплошной стрелкой. Компьютер изредка посылает клавиатуре команды управления (на рис. 1.2 они показаны пунктиром).

Картинки, текст и, особенно, видеофильмы, которые выводятся на экран монитора, требуют значительного объема передаваемой информации. В профессиональных мониторах, где качество изображения лучше, чем на телевизионном экране, объем информации от системного блока к монитору на несколько порядков превышает объем передач обычного телевидения. Поэтому стрелка, показывающая это направление, на рис. 1.2 выполнена в виде толстой двойной линии. Пунктирной линией, точно так же как и для клавиатуры, показано направление редких команд управления (можно считать, что монитор обменивается служебной информацией с компьютером только в период начальной загрузки компьютера).

В старых компьютерах периферийные устройства – монитор и клавиатура – были очень простыми. От них требовалось только передать и отобразить информацию. Какие-либо сервисные функции в них просто отсутствовали. Сегодня не только монитор, но даже клавиатура имеют массу сервисов, которые обеспечивают более удобную эксплуатацию компьютера. Например, нажав клавишу на клавиатуре, можно "разбудить" выключенный компьютер, а монитор сам сообщает системному блоку о том, какими возможностями по отображению графической информации он обладает. Такой сервис в технике называется обратной связью, а на рис. 1.2 эти функции показаны, как мы уже отмечали, пунктирными стрелками, поскольку нужны они, в основном, в момент включения компьютера, а в процессе сеанса работы на компьютере их используют редко.

Системный блок

Требования к системному блоку у пользователей постоянно изменяются. Если совсем недавно от компьютера требовалась способность набирать текст и работать с примитивной графикой, то сегодня от него хотят полноценных мультимедийных возможностей, причем не только для домашних компьютеров, но и для тех, которые используются на рабочих местах. Например, весьма популярны программы, которые создают мультимедийные клипы для рекламы продукции фирмы.

На рис. 1.3 показан системный блок наиболее распространенной конфигурации[1]. Мы видим, что компьютер снабжен 3-дюймовым дисководом гибких дисков и приводом компакт-дисков. Эти два периферийных устройства обеспечивают обмен информацией между компьютерами посредством сменных дисков: гибких дисков с магнитным слоем и лазерных компакт-дисков (CD-ROM или CD-RW).

Рис. 1.3. Системный блок: а – лицевая панель: 1 – привод компакт-дисков; 2 – дисковод гибких дисков; 3 – индикатор «Сеть»; 4 – индикатор «Винчестер»; 5 – кнопка включения питания; 6 – кнопка RESET; б – задняя панель форм-фактора AT: 7 – разъем для подключения клавиатуры; 8 – COM-порты для подключения модема или мыши; 9 – разъем для подключения монитора; 10 – сетевая карта; 11 – звуковая карта; 12 – розетка для подключения монитора; 13 – сетевая розетка; 14 – параллельный порт для принтера; в – задняя панель форм-фактора ATX: 15 – разъем для подключения мыши с интерфейсом PS/2; 16 – разъем для подключения клавиатуры с интерфейсом PS/2; 17 – разъемы для подключения USB-устройств; 18, 20 – последовательные COM-порты для подключения модема или мыши; 19 – параллельный порт для принтера; 21 – разъем для подключения микрофона; 22 – линейный звуковой выход; 23 – разъем для подключения акустической системы; 24 – разъем для подключения джойстика; 25 – разъем для подключения монитора; 26 – карта внутреннего модема; 27 – дополнительные разъемы для подключения USB-устройств; 28 – сетевая карта; 29 – сетевой разъем; 30 – сетевой выключатель

Теперь заглянем внутрь системного блока. На рис. 1.4 показаны все узлы, из которых состоит современный мультимедийный компьютер.

Рис. 1.4. Основные узлы системного блока

В центре рисунка изображена системная плата, часто ее называют материнской платой или, в обиходе, «мамой». На системной плате размещаются все элементы компьютера, без которых он не может работать: процессор, микросхемы памяти и так называемый чипсет — набор микросхем, организующих работу периферийных устройств.

К системной плате подключаются все периферийные устройства. Существуют два способа присоединения: установка периферийной карты в слот расширения системной платы и подключение с помощью интерфейсного кабеля. Для упрощения на рисунке все периферийные устройства показаны отдельно.

Примечание

Для внешних устройств, устанавливаемых в слоты расширения, используются два равнозначных термина – карта и плата. Термин "карта" произошел от английского термина "Expansion Card" (плата расширения, карта расширения).

Самая важная периферийная плата, без которой компьютер не будет работать (если на системной плате нет встроенного видеоадаптера),  – это видеокарта, или видеоадаптер (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Плата видеоадаптера nVidia Vanta 16 Мбайт AGP

К видеоадаптеру с помощью кабеля длиной до 1,8 м подключается монитор. Видеоадаптер перерабатывает команды от процессора в три аналоговых сигнала: красный, зеленый и синий, управляющие яркостью точек изображения на экране монитора. Заметим, что многие системные платы имеют встроенный видеоадаптер, который пригоден, в основном, для офисных приложений, поэтому для улучшения работы мультимедийных приложений все-таки приходится устанавливать «внешний» видеоадаптер.

Винчестер, или накопитель на жестких магнитных дисках (рис. 1.6) находится внутри системного блока и недоступен пользователю без разборки компьютера. Винчестер – основное место хранения информации в компьютере. Все программы, которыми вы пользуетесь, записаны на магнитном слое, которым покрыты алюминиевые диски, постоянно вращающиеся внутри винчестера.

Рис. 1.6. Винчестер Quantum Trailblaser

Наиболее старый тип накопителя информации – это дисковод гибких дисков (рис. 1.7). Хотя современный компьютер может обойтись и без него, почти все работы по настройке программного обеспечения учитывают его наличие. Кроме того, пользователи используют гибкие диски для обмена данными друг с другом, когда компьютеры не включены в локальную сеть предприятия, а пользоваться Интернетом для обмена конфиденциальной информацией нежелательно.

Рис. 1.7. Дисковод гибких дисков 1,44 Мбайт 3,5 дюйма

Наиболее популярное сегодня устройство для хранения информации – привод лазерных компакт-дисков. Чаще всего используются приводы CD-ROM или DVD (рис. 1.8), которые могут только считывать информацию с компакт-диска, например, воспроизвести музыку или установить новую программу. Последнее время, после снижения цен, стали популярны приводы CD-RW, которые могут записывать информацию на компакт-диски типа CD-R или CD-RW, и уже проявилась определенная тенденция устанавливать привод CD-RW вместо CD-ROM и дисковода гибких дисков.

Рис. 1.8. Устройство для чтения компакт-дисков DVD

Звуковая карта (рис. 1.9) не является обязательной принадлежностью компьютера, т. к. в каждом системном блоке установлен динамик (правда, качество звука весьма плохое). Но разработчики программного обеспечения теперь создают программы, которые требуют наличия какого-либо звукового адаптера. Сама звуковая плата никак не связана с внутренним динамиком, поэтому для воспроизведения звука требуются отдельные звуковые колонки, заметим, что иногда они монтируются в корпусе монитора.

Рис. 1.9. Звуковая плата HOONTECH Audio DSP24

Блок питания, который обеспечивает энергией все узлы компьютера, по традиции не считается периферийным устройством. Но следует знать, что современный блок питания не просто вырабатывает необходимые напряжения, но и может менять режим работы по командам компьютера или внешних устройств.

Рис. 1.10. Блок питания АТХ 230 W

Системная плата

Системная плата является одним из наиболее важных узлов компьютера, т. к. объединяет все его устройства в одно целое. Фактически, она определяет главные параметры компьютера, например, какой процессор вы сможете использовать, как быстро будут обмениваться информацией друг с другом процессор и оперативная память (ОЗУ).

На рис. 1.4 были показаны внешние устройства, которые подключаются к системной плате. Следует заметить, что при отсутствии любого из таких периферийных устройств, кроме блока питания, компьютер будет работать. А вот на самой системной плате всегда устанавливаются несколько узлов (рис. 1.11), без которых компьютер просто не включится.

Рис. 1.11. Элементы, устанавливаемые на системную плату

Самые главные – это процессор и оперативная память. Кроме того, для скоростных процессоров в набор обязательных атрибутов входит охлаждающий радиатор с вентилятором, которые необходимы для снижения температуры корпуса процессора до безопасной величины.

Процессор (рис. 1.12) является сердцем компьютера. Он выполняет все вычисления и управляет внешними устройствами. От его производительности зависит мощность компьютера. Конструктивно современный процессор выполнен в виде керамической пластины, в центре которой находится металлическая пластинка. Для соединения с системной платой процессор снабжен снизу короткими позолоченными выводами – ножками, которых насчитывается несколько сотен штук.

Рис. 1.12. Процессор Intel Pentium 4

На системной плате для установки процессора предназначен разъем, который называется сонетом (soket). Правда, существуют процессоры, корпус которого выполнен в виде картриджа, напоминающего картридж от игровой приставки «Денди». Для таких процессоров на системной плате устанавливается разъем, называемый слотом (slot).

Современные процессоры, работающие на весьма высоких частотах, необычайно сильно греются. Если принудительно не охлаждать корпус процессора, на нем вполне возможно зажарить яичницу. Но полупроводниковые микросхемы, к которым относятся и процессоры, не терпят температур выше 80 —100 градусов. При малейшем перегреве они либо отключаются, либо выходят из строя.

Для охлаждения корпуса процессора используют массивные алюминиевые или медные радиаторы (рис. 1.13) с большим количеством ребер, которые обдуваются вентилятором (рис. 1.14). Для вентилятора очень популярен термин "кулер" (от англ. cooler — холодильник, теплосъемник). Ряд системных плат могут регулировать скорость вращения вентилятора, чтобы уменьшать издаваемый им и нагнетаемым воздухом шум.

Рис. 1.13. Радиатор с кулером для охлаждения процессора: а – прямоугольный; б – круглый

Рис. 1.14. Вентилятор (кулер) для процессоров

Для хранения информации, с которой в данный момент работает компьютер, используются микросхемы памяти. Такую память называют оперативной и применяют термин – ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Так как оперативной памяти требуется все больше и больше, то отдельные микросхемы ОЗУ монтируются на специальных платах, которые называют модулями памяти (рис. 1.15). Эти модули вставляются в разъемы (для них используют термин банк памяти) на системной плате. Таких разъемов может быть 2, 3 или 4. В старых компьютерах, когда модули памяти были менее емкими, в большинстве случаев устанавливались 4 разъема, но иногда было и 8.

Рис. 1.15. Модуль с микросхемами оперативной памяти

Процессор

Вы, конечно, слышали о двух американских корпорациях – Intel и AMD, которые конкурируют друг с другом в производстве процессоров для персональных компьютеров. Их ожесточенная борьба за каких-то десять лет превратила скромные настольные компьютеры в мощнейшие мультимедийные вычислительные комплексы. Но кроме них производят процессоры и другие фирмы. Одни покупают лицензии на производство аналогов Intel и AMD, другие разрабатывают свои процессоры, которые могут быть как совместимыми с процессорами Intel и AMD, так и иметь свои уникальные характеристики. Поскольку число выпускаемых сегодня процессоров велико, то для примера на рис. 1.16 приведены только несколько типов от различных фирм. В дальнейшем речь в книге пойдет только о продукции корпораций Intel и AMD, т. к. они наиболее дешевые и, соответственно, занимают существенную часть рынка. Хотя, если у вас старый компьютер, то вполне вероятно, что в нем используются процессоры фирм Cyrix или IBM.

Рис. 1.16. Процессоры: а – Intel Pentium 4; б – AMD К7 Athlon; в – VIA I3; г – Crusoe; д – Motorola PowerPC 603

Хотя почти все процессоры предназначены для выполнения одних и тех же математических и логических вычислений, их внутренняя архитектура значительно отличается. Соответственно, различается и программное обеспечение для компьютеров, собранных на разных типах процессоров. Но т. к. корпорация Intel занимает ведущее место в разработке процессоров для персональных компьютеров, то другие производители стараются разрабатывать свои процессоры совместимыми с популярными процессорами корпорации Intel.

Компьютеры, в которых используются процессоры корпорации Intel и их аналоги, изготавливаемые другими фирмами (это так называемое семейство л86), получили обобщающее название "IBM PC совместимые компьютеры". Название пошло от первого персонального компьютера IBM PC, который был собран на процессоре Intel 8086. Совместимость же касается программного обеспечения, которое совместимо снизу вверх, например, программа для самого старого компьютера должна работать и на самом современном. Обратное утверждение уже не верно. Примером полной несовместимости с компьютерами на базе процессоров Intel являются компьютеры фирмы Apple, в которых используются процессоры корпорации Motorola (рис. 1.16, д).

Примечание

Так как термин "IBM PC совместимый компьютер" звучит несколько тяжеловесно, то в последнее время иногда используется термин "персональный компьютер PC", что позволяет различать IBM PC совместимые компьютеры и компьютеры фирмы Apple. В этой же книге, поскольку мы практически не рассматриваем компьютеры фирмы Apple, в основном применяется термин "персональный компьютер" без каких-либо добавлений.

В настоящее время, массово (десятками и сотнями тысяч штук в год) производятся всего лишь несколько типов процессоров. Корпорация Intel предлагает процессоры Celeron, Pentium III и Pentium 4, a AMD – Duron и Athlon. У каждого типа процессора свои достоинства и, соответственно, недостатки. Обычно выбор процессора делают по интегральной оценке цена/производительность для определенного круга задач: офисное применение, игровой компьютер, графическая станция и т. д.

Сокеты и слоты

Микропроцессоры разрабатываются корпорацией Intel уже более 20 лет, поэтому современные процессоры значительно отличаются от своих предшественников возможностями по обработке информации и быстродействием.

Кроме того, один и тот же тип процессора может выпускаться для различных применений. Поэтому установить на системную плату, которая используется, скажем, в вашем компьютере, можно только определенный тип процессора. В документации на системную плату такая информация всегда есть.

В первую очередь, возможность установки на системную плату того или иного процессора определяется типом сокета или слота, которые имеются на ней. Например, сокеты различаются по числу контактов и их расположению. Даже если у процессора на одну ножку больше, его не установить в сокет, у которого нет контакта для этой лишней ножки. Кроме того, от попыток всеобщей унификации в расположении контактов в сокете давно отказались. Имеются сокеты, в которых контакты расположены в два-три ряда по окружности, в других используется чередование равномерных рядов с шахматным порядком и пр.

Говоря о сокетах, надо сказать, что их называют разъемами для установки микросхем с нулевым усилием. На рис. 1.17 показана установка процессора Intel Pentium в сокет типа Soket 7. Для зажатия контактов в сокете используется рычаг. Чтобы вытащить процессор из сокета, надо чуть отжать рычаг в сторону и повернуть его на угол 90°.

Рис. 1.17. Установка процессора Intel Pentium в Soket 7: а – ищем ключ (пропущенный контакт) на процессоре и сокете; б – укладываем процессор в сокет; в – процессор уложен в сокет, но рычаг не прижимает контакты; г – зажимаем контакты, поворачивая рычаг; д – процессор правильно установлен в сокете

Слоты расширения

Если бы в персональные компьютеры пользователю было невозможно устанавливать дополнительные внешние устройства, то вряд ли они пользовались бы такой популярностью, как сегодня. Унифицированные изделия обычно не могут удовлетворить индивидуальные потребности любого потребителя, скажем, как стандартные ботинки, которые почти всегда либо жмут, либо чуть велики.

Для решения личных проблем пользователя на системных платах установлены слоты расширения (рис. 1.18), в которые можно вставить нужную для конкретной работы дополнительную плату, точно так же, как «внешний» видеоадаптер. Например, композитор может установить в свой компьютер профессиональную звуковую плату, чтобы создавать новые композиции, научный работник с удовольствием добавит плату аналого-цифрового преобразователя (АЦП), которая поможет автоматизировать сбор данных при исследовании тайн мироздания, и т. п.

Рис. 1.18. Слоты расширения на системной плате: 1 – видеоадаптер, вставленный в слот AGP; 2 – слот PCI; 3 – батарейка CMOS-памяти; 4 – слот ISA; 5 – звуковая карта, вставленная в слот ISA; 6 – кулер процессора

Слоты ISA (на рис. 1.18 наиболее длинные, снизу) появились в самых первых компьютерах IBM PC. С течением времени их возможности оказались недостаточными для удовлетворения все возрастающих потребностей в скорости обработки информации, поэтому сейчас на системных платах устанавливается целый набор различных слотов. Для новых периферийных устройств предназначены слоты PCI (они в центре), а для видеокарты – слот AGP (сверху). Следует знать, что количество и набор слотов у каждой системной платы свои, хотя есть и несколько наиболее часто встречающихся вариантов.

Задумываться о типе слотов в покупаемом компьютере в общем-то не надо, если, конечно, у вас нет старых плат, которые вы захотите самостоятельно установить в новый компьютер. В большинстве случаев на любую системную плату всегда можно установить от 3 до 5 дополнительных устройств, которые вы можете купить в компьютерном магазине (только не забудьте сказать продавцу, какая у вас системная плата и какие слоты на ней заняты).

Интерфейсы внешних устройств

Компьютер, если чуть обобщить, отличается от игровой приставки тем, что к нему можно подключать самые разнообразные внешние устройства.

Как только вам нужно будет напечатать на бумаге какой-либо документ или созданный вами рассказ, то к компьютеру очень просто подключается принтер. Заметим, что наиболее качественные принтеры могут напечатать даже цветную фотографию, и она не будет отличаться от сделанной в фотолаборатории. Кстати, появившиеся недавно в продаже цифровые фотоаппараты рассчитаны на то, что весь процесс фотообработки будет производиться на компьютере, и для этого фотоаппараты снабжены специальным цифровым интерфейсом, чаще всего USB.

Для подключения внешних устройств с разными интерфейсами на задней панели компьютера расположены соответствующие разъемы. В старых типах компьютеров эти разъемы подключались к системной плате с помощью ленточных кабелей или располагались на платах расширения. С появлением стандарта АТХ разъемы интерфейсов стали располагать на системной плате (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Разъемы интерфейсов на системной плате

В стандартный набор интерфейсов входят разъемы PS/2 для подключения мыши и клавиатуры, 2 COM-порта для модема и мыши, параллельный порт для принтера. У современной системной платы обязательны два разъема для USB-устройств, которые, как надеются разработчики, рано или поздно вытеснят старые интерфейсы. Если же в системную плату интегрирован звуковой процессор, то дополнительно будут выведены еще три разъема для подключения аудиоустройств. На ряде системных плат установлены модем и сетевая карта с разъемами для подключения телефонного провода и локальной сети.

Дополнительно можно сказать, что появление новых типов интерфейсов обусловлено тем, что пользователи часто путают назначение разъемов старых типов интерфейсов, а также их значительными габаритами, не позволявшими кардинально уменьшать размеры компьютеров.

Съемные носители информации

Посмотрите еще раз на рис. 1.4. Слева и выше от системной платы изображены накопители информации – 3,5" дисковод гибких дисков, привод компакт-дисков, или CD-ROM, винчестер. Все эти устройства предназначены для долговременного хранения информации, с которой вы работаете.

Если оперативная память после выключения питания компьютера "забывает" все, что в ней находилось, то информация на винчестере и магнитных и лазерных дисках не зависит от состояния компьютера. Включили его, выключили – информация на винчестере и дисках сохранится. Вы можете положить диски на полку и забыть о них, скажем на год, все равно, когда вам будет нужна информация, то вставьте нужный диск в соответствующий привод, и сохраненные ранее данные – в вашем распоряжении.

Самыми первыми устройствами для хранения данных в персональных компьютерах были гибкие диски. Технология их изготовления совершенствовалась в течении десятилетий, и сегодня наиболее популярны 3,5" гибкие диски (рис. 1.20, a), хотя иногда встречаются 5", например в архивах у компьютерных специалистов. Сам гибкий диск – это кружок из лавсана или другого материала, на который нанесен магнитный слой. Для удобства обращения и защиты от грязи диск помещен в прямоугольный пластмассовый корпус.

Рис. 1.20. Диски: а – 3,5" гибкий диск; б – компакт-диск

На 3,5" гибкий диск можно записать 1,4 Мбайт данных: программ, текстовых и графических файлов. Конечно, мы сейчас говорим о наиболее популярном формате для гибких дисков, предложенном корпорацией Microsoft для операционной системы MS-DOS, которая также поддерживается операционными системами Windows.

Кроме "традиционного" формата существуют и другие, которые позволяют записать на такой же гибкий диск больше информации. Некоторой популярностью пользуются гибкие диски, созданные по более совершенным технологиям, что дает возможность разместить на гибком диске, например 100 или 250 Мбайт. Конечно, такие гибкие диски носят другое название, а кассеты, в которых они размещаются, другой формы и размеров.

Следующий ставший популярным тип носителя для хранения информации – это лазерные компакт-диски. Их технологию компьютерщики позаимствовали у музыкальных компакт-дисков, что, кстати, обусловило то, что музыкальные диски легко прослушать на персональном компьютере.

Лазерный компакт-диск (рис. 1.20, б) представляет собой тонкий диск из прозрачной пластмассы, на который нанесено несколько слоев различных материалов. На внутреннем слое – это часто слой алюминия или золота – лазером большой мощности прожигаются информационные дорожки, которые потом могут быть считаны более простым устройством для чтения компакт-дисков. Этот же слой можно напечатать на фабрике, как в типографии, но такой способ применяется для массовых тиражей, например, музыкальных альбомов или дистрибутивов операционных систем.

Информационный слой сверху всегда покрывается несколькими защитными слоями. Несмотря на кажущуюся прочность компакт-диска, на защитном слое никогда нельзя писать обычными авторучками и фломастерами, т. к. слои очень тонкие и легко повреждаются.

На стандартные 120 мм (примерно 5") компьютерные компакт-диски можно записать 650 или 700 Мбайт данных, что соответствует 74 или 80 минутам музыки. В последнее время получают распространение компакт-диски меньшего диаметра, на которые можно записать меньше информации, например 180 или 250 Мбайт.

Винчестер

Винчестер, о котором вы сейчас читаете, не огнестрельное оружие, смертельное для недругов ковбоя. Компьютерный винчестер – это дисковый накопитель на жестких дисках, который разработала и запустила в массовое производство корпорация IBM, иногда называемая «голубым гигантом». Правда, в руках хакеров винчестер становится страшным оружием, а у счастливого бизнесмена – необычайно доходным вложением капитала. Конечно, дело не в достоинствах компьютерного винчестера или его каком-либо техническом параметре, а в той информации, которая на нем хранится. Иногда коротенький файл с номером банковского счета стоит баснословных денег.

Маленькое лирическое отступление, которое вы только что прочли, говорит, в первую очередь, о том, что от винчестера требуется необычайно высокая надежность хранения информации при регулярной работе с ней. Гибкие диски и лазерные диски при всех своих достоинствах не позволяют хранить информацию так надежно, как это делает винчестер. На гибких дисках осыпается магнитный слой, пользователь частенько забывает дискету на солнышке или магните, лазерные диски с необычайной легкостью царапаются и покрываются жирными пятнами, а все это приводит к потере драгоценной информации.

Винчестер (рис. 1.21) представляет собой металлическую коробку, в которой на скорости 5400 оборотов в минуту и даже быстрее вращается прочный металлический или стеклянный диск с нанесенным на него магнитным слоем. Над этим слоем на расстоянии в доли микрон, не касаясь поверхности диска, парят на воздушной подушке магнитные головки (сильно уменьшенные аналоги головок в магнитофоне). Вся конструкция защищена от пыли и спрятана внутри компьютера. Очень сложная электронная схема управляет вращением диска, движением головок, контролирует целостность записанной на диск информации и принимает меры по исправлению каких-либо ошибок, появившихся во время чтения, или случайных дефектов поверхности магнитного слоя, которые иногда возникают в процессе эксплуатации.

Рис. 1.21. Внутреннее устройство винчестера

Все такие сложности в конструкции винчестера связаны с тем, что именно на нем расположены файлы операционной системы, прикладных программ и данные, созданные пользователем. Когда человек работает с компьютером, информация постоянно читается с винчестера, изменяется и снова записывается на винчестер. В секунду могут произойти многие тысячи обращений к файлам на винчестере. Поэтому от современного винчестера требуется не только надежность, но и высокая скорость работы.

Первые винчестеры, которые стояли в персональных компьютерах, обладали емкостью в несколько мегабайт, что было в те времена необычайно много. Так, например, пару лет назад объем винчестера в 1000 Мбайт казался неисчерпаемым. Сегодня, когда появились цифровые видеокамеры и фотоаппараты, когда MP3-плееры успешно вытесняют кассетные магнитофоны, вполне рядовым явлением стали винчестеры на 40 Гбайт. Можно заметить, что даже такие винчестеры маловаты для хранения коллекции видеофильмов, т. к. один полнометражный фильм требует 600–700 Мбайт.

Возьмем в руки прайс-лист какого-либо компьютерного магазина и попробуем заказать себе наиболее дешевый компьютер. Сделаем мы это для того, чтобы понять, что стоит за понятием «конфигурация компьютера» и где находятся подводные камни, которые могут свести всю нашу доморощенную экономию к отрицательной величине. Кроме того, мы хоть немножко разберемся с теми сокращениями, которые в великом множестве присутствуют в прайс-листах на компьютерную комплектацию. Результаты нашей работы сведем в табл. 1.1.

Первым пунктом в нашей конфигурации компьютера идет корпус MiniTower ATX с блоком питания, а это означает, что системная плата должна быть стандарта АТХ.

Может показаться, что сперва надо определиться с процессором и другими элементами, но для дешевых вариантов компьютеров это не совсем так. Цена хорошего корпуса составляет существенную часть стоимости компьютера и соизмерима со стоимостью системной платы. Кроме того, тип корпуса определяет возможность использования того или иного стандарта платы. Конечно, можно выбрать системную плату, а далее корпус, но результат будет тот же, только добавятся лишние проблемы.

Вторым пунктом идет недорогая системная плата SuperGrace VIA693A, которая позволяет использовать процессоры Intel Celeron Mendocino или Coppermine, которые требуют пониженного напряжения питания, а также Pentium III с корпусом, предназначенным для установки в Soket 370. Следует заметить, что системная плата комплектуется набором шлейфов (кабелей для подключения внешних устройств) для винчестера, CD-ROM и дисковода гибких дисков.

Выбор системной платы SuperGrace VIA693A влечет за собой выбор процессора Intel Celeron с тактовой частотой 733 МГц в корпусе FCPGA. В будущем, модернизируя компьютер, можно будет установить либо более высокочастотный процессор Celeron, либо перейти на Pentium III, но, к сожалению, невозможно будет использовать Pentium 4 или процессоры корпорации AMD.

Следующий пункт – это радиатор для процессора, т. к. наиболее дешевый вариант подразумевает, что процессор продается без дополнительных аксессуаров. Только чуть более дорогая, "боксовая", поставка процессора комплектуется радиатором с кулером.

Системная плата также определяет возможность использования того или иного типа модулей ОЗУ. Для нашего варианта выберем модуль памяти DIMM РС133 объемом 128 Мбайт, т. к. установка 64 Мбайт, а тем более 32 Мбайт, не позволит эффективно использовать современное программное обеспечение! Более современные типы модулей ОЗУ не поддерживаются чипсетом системной платы.

Так как системная плата не содержит "на борту" встроенного видеоадаптера, то следующим пунктом в конфигурации идет видеоадаптер Riva TNT с объемом ОЗУ 8 Мбайт. Эта карта отлично подходит для офисных приложений и позволяет играть в популярные игры типа Quake 3.

Выбор винчестера Maxtor с объемом в 10,2 Гбайт определяется только кошельком, т. к. дешевые винчестеры с меньшим объемом уже просто не производятся.

Дисковод гибких дисков сегодня не совсем обязателен, но его желательно иметь, чтобы была возможность установить и настроить операционную систему без поиска специальных загрузочных компакт-дисков.

Привод для компакт-дисков Samsung с максимальной скоростью чтения в 52 раза выше, чем музыкального диска, нужен для установки операционной системы и прикладных программ. Если его не включить в конфигурацию, то придется регулярно одалживать CD-ROM у приятеля.

Так как выбранная системная плата имеет встроенный звуковой контроллер (во второй строчке прайс-листа это слово "sound"), то в большинстве случаев не требуется установки отдельной звуковой карты.

Выбранные для нашей конфигурации дешевые клавиатура и мышь – обязательные принадлежности компьютера, относятся к той категории, которая подразумевает, что при интенсивном использовании компьютера они прослужат пару месяцев. Далее клавиши клавиатуры станут плохо нажиматься, а мышь будет регулярно требовать внимания.

Предупреждение

Рассмотренная в этом разделе конфигурация компьютера имеет только одно достоинство – она наиболее дешевая. В остальном, в будущем – одни разочарования.

Стандартные конфигурации компьютеров

Из того набора комплектующих узлов – видеокарт, винчестеров, CD-ROM и прочего периферийного добра, которое выпускают несколько сот фирм в мире, как в мозаике, можно очень просто сложить практически бесконечное число разнообразных конфигураций компьютера. Но если подойти с технической точки зрения, то, увы, не слишком большое число подобных конструкций будет работать оптимально и без проблем.

Если перевести последнюю фразу, то получится следующее: производительность компьютера будет далека от той, которая декларируется в красочных проспектах фирм – изготовителей узлов; постоянно будут возникать проблемы поиска драйверов для оборудования; операционная система Windows, как наиболее потребляющая ресурсы программа, будет настраивать свои параметры по наихудшему в компьютере блоку; периодически будут возникать зависания компьютера, что означает невозможность использования его для бизнес-приложений.

Можно выдать маленький секрет индустрии высоких технологий: любой блок компьютера разрабатывается для ограниченного круга применений и тестируется с не слишком большим числом блоков сторонних производителей, хотя, как везде пишется, "обеспечивается совместимость" со стандартами для IBM PC совместимых компьютеров. Соответственно, например, винчестер или память покажут наивысшие показатели производительности и надежности только работая на определенных типах системных плат, оснащенных конкретными типами процессоров.

Крупные фирмы разрабатывают и предлагают своим покупателям "стандартные" конфигурации компьютеров, которые предназначены для конкретных сфер применения. Для каждой такой конфигурации проводят тестовые испытания комплектующих блоков и отбирают совместимые друг с другом. Хотя такие "стандартные" компьютеры и дороже, чем тот вариант, который мы комплектовали в предыдущем разделе, но зато они показывают отличную производительность и надежность. И, что не маловажно, фирмы могут дать нормальную гарантию на любой такой компьютер, а не просто ограничиваться заменой вышедшего из строя блока. То есть покупатель может быть уверен, что все программы, которыми он пользуется, будут работать без проблем, а при необходимости он всегда может получить квалифицированную консультацию по настройке оборудования.

Кроме того, производителям и продавцам легче, когда продаваемая номенклатура не слишком большая, не говоря о том, что это всегда дешевле, чем индивидуальная сборка.

Чтобы понять, как работает современный процессор Pentium, лучше всего поэтапно вспомнить историю развития микропроцессоров семейства x86, т. к. каждый новый процессор обязан уметь понимать и выполнять все команды, которыми владели младшие модели. Поэтому даже те команды, которые требовались калькулятору, собранному на самых первых микропроцессорах Intel, выполняются и на сверхмощном Pentium. То есть нельзя забывать, что современные компьютерные технологии не создались на пустом месте и не являются раз и навсегда установленным сводом законов. Потребовался труд тысяч ученых и инженеров, чтобы обычный домашний компьютер мог так просто справляться с любыми заданиями – играми, музыкой, видеофильмами.

Персональный компьютер IBM

Началась история персональных компьютеров (еще есть термин – микроЭВМ) в 1981 г., когда корпорация IBM представила свою микро-ЭВМ IBM PC. Ее название попросту означало «Персональный компьютер IBM». (Этот же год стал счастливым для нынешнего компьютерного гиганта – корпорации Microsoft, которой IBM поручила разработать операционную систему для нового компьютера.)

Компьютер IBM PC не представлял собой ничего особенного: не слишком удачная механическая конструкция, неудобная внутренняя структура (архитектура), не самый удачный процессор от корпорации Intel, но все же именно потомкам этой, средненькой во всем, микро-ЭВМ предстояло завоевать 80 % рынка компьютерной техники за совсем короткий срок. А ведь микро– и мини-ЭВМ тогда разрабатывало и производило много фирм, и некоторые образцы даже по теперешним понятиям представляли собой, честно говоря, более совершенные системы.

И сама корпорация IBM, видимо, учитывая непритязательность своего детища, запатентовала только BIOS (Basic Input Output System, базовую систему ввода/вывода), не догадываясь о блистательном будущем своего детища, которое терялось на фоне основной продукции – больших ЭВМ (одних из лучших в то время). Тем более, что разработчики IBM позаимствовали многие технические решения у других фирм, например, идея так называемой открытой архитектуры была взята у фирмы Apple.

Пренебрежительное отношение IBM к своей "несерьезной" ЭВМ сыграло с компьютерным гигантом злую шутку – простота разработки дополнительных модулей и отсутствие необходимости лицензирования дало возможность появиться фирмам, которые стали производить самые разнообразные устройства, расширяющие возможности IBM PC. В дальнейшем появились и клоны (аналоги) микро-ЭВМ IBM PC. Правда, массовый характер это приняло после появления IBM PC XT.

Популярность их первенца у пользователей заставила фирму IBM в 1983 г. начать производство компьютеров IBM PC XT. Буквы XT были взяты из слова еХТга, что обозначало расширенные возможности нового компьютера по сравнению с предшественником. Именно появление IBM PC XT послужило тем водоразделом, когда многообразие типов компьютеров сменило многообразие аналогов. В этом процессе главную роль сыграли производители из Юго-Восточной Азии, и, в первую очередь, с Тайваня.

В 1984 г. появилось новое поколение IBM PC совместимых компьютеров – IBM PC AT (буквы AT обозначали улучшенную технологию, Advanced Technology). Это действительно было новое поколение компьютеров, а не совершенствование старых, т. к. основой, "сердцем" компьютера стал микропроцессор Intel 80286 (обычно говорят просто 286). Смена процессора позволила программистам использовать память за пределами 1 Мбайт без сложных аппаратных ухищрений, кроме того, появился защищенный режим работы, в котором работает операционная система Windows.

Микропроцессоры 80286 выпускала корпорация Intel, не зависящая от IBM, что делало эти микросхемы доступными всем желающим, поэтому уже через полгода появились совместимые с IBM PC AT компьютеры других производителей. Сначала их выпускали фирмы в США, но очень быстро почин подхватили фирмы Юго-Восточной Азии. Клоны продавались в 2–3 раза дешевле оригинальных моделей IBM, что делало персональные компьютеры доступными большому кругу пользователей.

Процессор 80286 имел ряд недостатков, особенно при работе в защищенном режиме, поэтому в 1986 г. появился новый процессор Intel 386, который и стал образцом для всех остальных процессоров семейства х86. Компьютер на базе процессора 386 уже может работать с большинством современного программного обеспечения, правда, очень медленно. Самая же любопытная история, связанная с этим процессором, это то, что не корпорация IBM выпустила первый компьютер с процессором i386. Неповоротливость колоссальной корпорации позволила небольшим, но честолюбивым фирмам, выпустить новые персональные компьютеры раньше создателей IBM PC.

Дальше – наше время – головокружительная гонка высоких технологий и потеря корпорацией IBM лидирующего положения в области разработки и производства персональных компьютеров. Все попытки IBM вернуть утерянные позиции с помощью создания новых стандартов, лицензии на которые предлагалось покупать очень дорого, привели к тому, что общепризнанными стандартами становились разработки других фирм.

Например, серия компьютеров IBM PS/2 не получила признания из-за попытки навязать производителям компьютеров лицензионную шину расширения МСА. Большинство производителей компьютеров не поддержали инициативу IBM, а пошли по пути разработки открытого стандарта, что обусловило более низкие цены на их компьютеры.

Сегодня 80 % компьютерного рынка – это персональные компьютеры на базе процессоров семейства х86 и их аналогов, среди которых наибольшую известность имеет семейство AMD. Но у такой мировой унификации персональных компьютеров есть и отрицательные черты – современным процессорам приходится подстраиваться под предшественника – Intel 8086. В Pentium быстрое внутреннее RISC-ядро вынуждено эмулировать работу старых процессоров со всеми их слабыми местами. Плюс наследство от IBM PC – низкоскоростной обмен с периферийными устройствами и оперативной памятью.

Сегодня хорошо видно, что требуется переход от старых технологий к новым, но мировая индустрия персональных компьютеров обладает огромной инерцией, что мы, как пользователи, постоянно ощущаем на себе. Вот самый яркий пример – время начальной загрузки компьютера, несмотря на 100-кратное возрастание частоты процессоров, так и не уменьшилось, а даже стало еще дольше из-за более громоздкого программного обеспечения. Таких примеров вы сами можете привести немало – только надо вспомнить и сравнить старое и новое.

Конечно, не все так плохо – ведущие производители уже давно работают над новыми стандартами для будущих поколений персональных компьютеров. Правда, прийти к общему мнению им пока не удается, но ряд тенденций уже наметился. В первую очередь – это отказ от громоздкой шины ISA, внедрение USB-интерфейса для внешних устройств, стандарта АТХ для блоков питания. Но все же чисто экономические причины заставляют пользователей покупать, а производителей разрабатывать и продавать персональные компьютеры и периферийное оборудование со старыми стандартами. Уж очень стремителен прогресс компьютерных технологий, а пользователю так трудно отказаться от компьютера, который хотя и куплен 2–3 года назад, но, к сожалению, уже морально устарел. Вот и получается, что мы стараемся продлить жизнь своим персональным "чудам", добавляя памяти, вставляя новые дисководы…

Процессоры Intel