До апаратного забезпечення обчислювальних систем відносяться пристрої і прилади, що утворюють апаратну конфігурацію.
Узгодження між окремими вузлами і блоками виконується за допомогою перехідних апаратно-логічних пристроїв, званих апаратними інтерфейсами. Стандарти на апаратні інтерфейси в обчислювальній техніці називають протоколами. Таким чином, протокол - це сукупність технічних умов, які повинні бути забезпечені розроблювачами пристроїв, для успішного узгодження їх роботи з іншими пристроями.
1. Базова конфігурація персонального комп'ютера
Персональний комп'ютер - універсальна технічна система, його конфігурацію можна гнучко змінювати в міру необхідності. Проте, існує поняття базової (типовий) конфігурації. В даний час в базову конфігурацію входять чотири пристрої:
1.1. Системний блок
Системний блок являє собою основний вузол, усередині якого встановлені найбільш важливі компоненти. Пристрої, що знаходяться всередині системного блоку, називають внутрішніми, а пристрої, що підключаються до нього зовні, називають зовнішніми. Зовнішні додаткові пристрої, призначені для введення, виведення і тривалого зберігання даних, також називають периферійними.
За зовнішнім виглядом системні блоки відрізняються формою корпусу. Корпуси персональних комп'ютерів випускають у горизонтальному і вертикальному виконанні. Корпуси персональних комп'ютерів поставляються разом з блоком живлення, і таким чином, потужність блоку живлення також є одним із параметрів корпусу.
Материнська плата - основна плата персонального комп'ютера. На ній розміщуються:
процесор - основна мікросхема, що виконує більшість математичних і логічних операцій;
мікропроцесорний комплект (чіпсет) - набір мікросхем, що керують роботою внутрішніх пристроїв комп'ютера і визначають основні функціональні можливості материнської плати;
шини - набори провідників, по яких відбувається обмін сигналами між внутрішніми пристроями комп'ютера;
ОЗУ (оперативне запам'ятовуючий пристрій) - набір мікросхем, призначених для тимчасового зберігання даних, коли комп'ютер включений.
ПЗУ (постійний запам'ятовуючий пристрій) - мікросхема, призначена для тривалого зберігання даних, в тому числі і коли комп'ютер виключений;
роз'єми для підключення додаткових пристроїв (слоти).
Процесор - основна мікросхема комп'ютера, в якій і проводяться вага обчислення.
Основними параметрами процесорів є:
робоча тактова частота. визначальна кількість елементарних операцій (тактів), що виконуються процесором за одиницю часу. Тактова частота сучасних процесорів вимірюється в ГГц (1 Гц відповідає виконанню однієї операції за одну секунду). Чим більше тактова частота, тим більше команд може виконати процесор, і тим більше його продуктивність.
розрядність показує, скільки біт даних процесор може прийняти і обробити в свої регістрах за один такт. Розрядність процесора визначається розрядністю командної шини, тобто кількістю провідників у шині, по якій передаються команди.
робоча напруга забезпечується материнською платою, тому різним маркам процесорів відповідають різні материнські плати. Зараз робоча напруга процесорів не перевищує 3 В. Пониження робочої напруги дозволяє зменшити розміри процесорів, а також зменшити тепловиділення в процесорі, що дає можливість збільшити його продуктивність без загрози перегріву.
коефіцієнт внутрішнього множення тактової частоти - це коефіцієнт, на який множиться тактова частота материнської плати, для досягнення частоти процесора. Тактові сигнали процесор отримує від материнської плати, яка з чисто фізичних причин не може працювати на таких високих частотах, як процесор.
розмір кеш-пам'яті. Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше, ніж обмін даними між процесором і оперативною пам'яттю. Тому, для того щоб зменшити кількість звернень до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють так звану надоперативну або кеш-пам'ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'яті, і тільки тоді, якщо там потрібні дані відсутні, відбувається звертання до оперативної пам'яті.
З іншими пристроями процесор зв'язаний групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три:
командна шина - по цій шині з оперативної пам'яті поступають команди, які виконуються процесором. Команди представлені у вигляді байтів. Прості команди вкладаються в один байт, але є і такі команди, для яких потрібно два, три і більше байтів.
Шини на материнській платі використовуються не тільки для зв'язку з процесором. Всі інші внутрішні пристрої материнської плати, а також пристрої, які підключаються до неї, взаємодіють між собою за допомогою шин.
Під внутрішньою пам'яттю розуміють всі види запам'ятовуючих пристроїв, розташовані на материнській платі. До них відносяться:
оперативна пам'ять (RAM) - це масив кристалічних осередків, здатних зберігати дані. Вона використовується для оперативного обміну інформацією між процесором, зовнішньою пам'яттю і периферійними системами. З неї процесор бере програми і дані для обробки, в неї записуються отримані результати. Назва «оперативна» відбувається тому, що ця пам'ять працює дуже швидко і процесору не потрібно чекати при зчитуванні й запису даних. Однак дані в ній зберігаються лише тимчасово при включеному комп'ютері. Основними характеристиками оперативної пам'яті є обсяг пам'яті та час доступу (вимірюється в мільярдних частках секунди - наносекундах, нс).
енергонезалежна пам'ять (CMOS) - д ля своєї роботи програми BIOS вимагають всю інформацію про поточну конфігурацію системи. Цю інформацію не можна зберігати в оперативній або постійної пам'яті. Спеціально для цих цілей на материнській платі є мікросхема енергонезалежної пам'яті, яка називається CMOS. Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не зникає при вимкненні комп'ютера, а від постійної - тим, що дані можна заносити туди і змінювати самостійно, відповідно до того, яке обладнання входить до складу системи. Мікросхема пам'яті CMOS постійно живиться від невеликої батарейки, розташованої на материнській платі. Таким чином, програми BIOS зчитують дані про склад комп'ютерної системи з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть здійснювати звертання до жорсткого диска та інших пристроїв.
Накопичувач на гнучкому магнітному диску
Для оперативного перенесення невеликих обсягів даних використовують так звані гнучкі магнітні диски (дискети), які вставляють в спеціальний накопичувач - дисковод.
Інформація на дискету записується по концентричних колах, званим доріжками. Доріжки, в свою чергу, діляться на окремі сектори. між якими є так звані міжсекторного проміжки.
Основними параметрами гнучких дисків є технологічний розмір (вимірюється в дюймах) і повна ємність.
Гнучкі диски - ненадійні носії даних. Пил, бруд, волога, температурні перепади і зовнішні електромагнітні поля дуже часто стають причиною часткової або повної втрати записів, що зберігалися на гнучкому диску. Тому використовувати гнучкі диски в якості основного засобу зберігання даних неприпустимо. Їх використовують тільки для транспортування даних або в якості додаткового (резервного) засобу зберігання.
Накопичувач на жорсткому магнітному диску
Жорсткий диск - основний пристрій для довготривалого зберігання великих обсягів даних і програм. Насправді це не один диск, а група складових дисків, що мають магнітне покриття і обертаються з високою швидкістю. Таким чином, цей «диск» має дві поверхні, а 2n поверхонь, де n - число окремих дисків у групі.
Над кожною поверхнею розташовується голівка, призначена для читання-запису даних. При високих швидкостях обертання дисків в зазорі між голівкою і поверхнею утворюється аеродинамічна подушка, і голівка ширяє над магнітною поверхнею на висоті, що складає кілька тисячних часток міліметра. При зміні сили струму, що протікає через головку, відбувається зміна напруженості динамічного магнітного поля в зазорі, що викликає зміни в стаціонарному магнітному полі феромагнітних часток, що утворюють покриття диска. Так здійснюється запис даних на магнітний диск.
Управління роботою жорсткого диска виконує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. В даний час функції контролерів дисків виконують мікросхеми, що входять до мікропроцесорний комплект (чіпсет), хоча деякі види високопродуктивних контролерів жорстких дисків і раніше поставляються на окремій платі.
Основними характеристиками жорстких дисків є інформаційна ємність, щільність запису, число доріжок, час доступу, зовнішні габарити.
Жорсткі диски незмінюваність. Вони вимагають дуже дбайливого догляду, оскільки навіть при незначній трясці або ударах головки легко можуть бути пошкоджені.
Накопичувачі на компакт-дисках
Накопичувачі на змінних компакт-дисках СD-RОМ (СoтраctDiscRead-0п1у Метоry - постійний запам'ятовуючий пристрій на основі компакт-диска) є популярним видом накопичувачів, необхідних для використання систем мультимедіа. Принцип дії цього пристрою полягає у зчитуванні числових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. Цифровий запис на компакт-диску відрізняється високою щільністю. Накопичувачі на змінних компакт-дисках забезпечують відносно повільний доступ до даних. Інформації на звичайні компакт-диски записується один раз в процесі виготовлення.
Накопичувачі CD-R (CD-Recordable) зовні схожі на накопичувачі CD-ROM і сумісні з ними за розмірами диска та форматами запису. Дають змогу виконати одноразовий запис і необмежену кількість зчитувань.
Накопичувачі CD-RW (CD-ReWritable) використовуються для багаторазового запису даних, причому можна як дописати нову інформацію на вільний простір, так і повністю перезаписати диск новою інформацією.
Flash-пам'ять - це незалежний тип пам'яті, що дозволяє записувати і зберігати дані в мікросхемах. Карти flash-пам'яті не мають в своєму складі рухомих частин, що забезпечує високу схоронність даних при їх використанні в мобільних пристроях.
Flash-пам'ять являє собою мікросхему, вміщену в мініатюрний плоский корпус. Для зчитування або запису інформації карта пам'яті підключається до комп'ютера через USB-порт.
Монітор - це стандартний пристрій виведення, призначений для візуального відображення текстових і графічних даних. Залежно від принципу дії, монітори поділяються на:
монітори з електронно-променевою трубкою;
дисплеї на рідких кристалах.
Монітор з електронно-променевою трубкою Є подібним до телевізора. Електронно-променева трубка являє собою електронно-вакуумний пристрій у вигляді скляної колби, в горловині якої знаходиться електронна трубка, на дні - екран із шаром люмінофора. При нагріванні, електронна пушка випромінює потік електронів, які з високою швидкістю рухаються до екрана. Потік електронів (електронний промінь) проходить через фокусуючу і відхиляє котушку, що скеровують його в певну точку люминофорного покриття екрану. Під дією електронів, люмінофор випромінює світло, який бачить користувач. Електронний промінь рухається досить швидко, розкреслюючи екран рядками зліва направо і зверху вниз.
У дисплеях на рідких кристалах (Liquid Crystal Display - LCD) поляризаційний фільтр створює дві різні світлові хвилі. Світлова хвиля проходить крізь рідкокристалічну осередок. Кожна осередок має свій колір. Рідкі кристали являють собою молекули, які можуть перетікати як рідина. Ця речовина пропускає світло, але під дією електричного заряду, молекули змінюють свою орієнтацію. Для таких моніторів характерна низька потужність споживання електроенергії.
З точки зору користувача, основними характеристиками монітора є розмір по діагоналі, роздільна здатність, частота регенерації (оновлення) і клас захисту.
Розмір монітора. Екран монітора вимірюється по діагоналі в дюймах. В даний час найбільш універсальними є монітори розміром 17 і 19 дюймів. Монітори великого розміру краще використовувати для настільних видавничих систем і графічних робіт, в яких потрібно бачити всі деталі зображення.
Роздільна здатність. У графічному режимі роботи зображення на екрані монітора складається з точок (пікселів). Кількість точок по горизонталі та вертикалі, які монітор здатний відтворити чітко і роздільно називається його роздільною здатністю. Чим більше роздільна здатність, тим краще якість зображення.
Клас захисту монітора визначається стандартом, якому відповідає монітор з точки зору вимог техніки безпеки. Загальноприйнятими вважаються міжнародні стандарти, що обмежують рівні електромагнітного випромінювання, що встановлюють жорсткі норми, за параметрами, що визначає якість зображення (яскравість, контрастність, мерехтіння, противідблискуючі властивості покриття), ергометріческіе і екологічні норми, межами, безпечними для здоров'я людини.