Budowa i działanie komputera

Krzysztof Chabudaklasa II „a”

Co to jest komputer?KOMPUTER - elektroniczna maszyna licząca (z ang. compute – obliczać), urządzenie elektroniczne służące do automatycznego przetwarzania informacji (danych), przedstawionych cyfrowo (tzn. za pomocą odpowiednio zakodowanych liczb).

Zestaw komputerowy

Jednostka centralna

Klawiatura, myszka

Monitor

Współczesny komputer to zespół urządzeń wewnętrznych oraz zewnętrznych złożony w tzw. zestaw komputerowy, gdzie rodzaje zastosowanych urządzeń określają przeznaczenie oraz zdolności operacyjne komputera.

Rodzaje komputerów

Ogólny podział komputerów: • superkomputery stosowane w nauce• duże komputery (ang. mainframe) stosowane np. w bankowości• minikomputery (najczęściej jako serwery) stosowane do obsługi mniejszych przedsiębiorstw, grup użytkowników, sieci komputerowych.• mikrokomputery przeznaczone dla pojedynczego użytkownika (IBM, Macintosh)

Superkomputery zajmują ogromne pomieszczenia, posiadają dziesiątki a nawet setki procesorów.

IBM ZSieries 990 – komputer klasy „mainframe”.

HP 9000 – serwer do zastosowań sieciowych

Rodzaje komputerówMikrokomputery, komputery osobiste (PC):

Stacjonarne komputery osobiste: desktop oraz tower

Laptop, notebook - przenośny komputer

UltraPC – lekkie stacjonarno-przenośne komputery osobiste

Palmtop – komputer mieszczący się w dłoni, pełni funkcję notesu elektrycznego

Terminal roboczy – pełni funkcję komunikatora pomiędzy użytkownikiem a dużym komputerem (lub superkomputerem)

Podstawowe komponenty komputera stacjonarnego

1) monitor2) płyta główna3) procesor4) pamięć operacyjna5) karty rozszerzeń6) zasilacz7) napęd optyczny8) dysk twardy9) mysz10) klawiatura

Dalej

Monitor

CRT LCD

Wróć

Monitor wyświetla informacje optyczne pozwalające oglądać wyniki pracy komputera. Jest on  podłączony do karty graficznej komputera.

Monitor

Monitor kineskopowy (CRT)

Wróć

W tylnej części monitora kineskopowego znajduję się działo elektronowe (1), które emituje elektrony (2) w kierunku ekranu pokrytego od wewnątrz warstwą luminoforu . Miejsce, w którym elektrony uderzają w warstwę luminoforu, świeci w kolorze zależnym od rodzaju substancji, z której wykonano luminofor. Za pomocą pola elektrycznego (wytworzonego przez zespół kondensatorów) i/lub pola magnetycznego (wytworzonego przez zespół cewek indukcyjnych) wiązka elektronów jest skupiana (2) oraz odchylana (3) w sposób, który umożliwia zaświecenie każdego punktu na ekranie monitora. Monitory czarno-białe posiadają jedno działo elektronowe oraz jednorodną warstwę luminoforu. Kolorowe monitory posiadają zespół trzech dział elektronowych oraz maskę (4) wraz z odpowiednio złożoną warstwą luminoforu (5). Każdy ze świecących punktów na ekranie składa się z trzech subpunktów (czerwony, zielony i niebieski). Odpowiednia kombinacja jasności świecenia tych subpunktów luminoforu pozwala otrzymać praktycznie każdy kolor na ekranie monitora.

Monitor ciekłokrystaliczny (LCD)

Monitor ciekłokrystaliczny to urządzenie wyświetlające obraz w oparciu o mechanizm zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji uporządkowania cząsteczek chemicznych pozostających w fazie ciekłokrystalicznej, pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

Wróć

Płyta główna jest podstawowym komponentem komputera, umożliwiającym komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom.

Wróć Widok z boku Schemat działania płyty głównej BIOS

Płyta główna

Wróć

Głównym elementem płyty głównej jest chipset składający się zazwyczaj z dwóch układów - zwanych mostkami.

• mostek północny zajmuje się wymianą danych miedzy pamięcią a procesorem, oraz steruje magistralą AGP lub graficzną PCI-Express.

• mostek południowy odpowiada za współpracę z pozostałymi urządzeniami takimi jak: dyski twarde, napędy optyczne, zintegrowane audio i LAN, karty rozszerzeń, USB itp.

Wróć

Schemat działania płyty głównej

BIOSBIOS, Basic Input-Output System, program zapisany na stałe w pamięci ROM komputera. Jest on uruchamiany jako pierwszy po włączeniu komputera. Jego zadaniem jest testowanie sprzętu, uruchomienie systemu operacyjnego. W BIOSie użytkownik może ustawić parametry systemu takie jak zainstalowany w systemie sprzęt (dyski, pamięć operacyjna itp.), na podstawie których kontrolowane jest przesyłanie danych między poszczególnymi składnikami systemu.

Organizacja pamięci BIOS-ROMWróć

Budowa procesora

Działanie procesora

Pamięćpodręczna

Procesor

Wróć

Budowa procesora

Budowa procesora

Układy sterujące

Arytmometr

Rejestry

PROCESOR stanowi główny element komputera, jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji.

• Układy sterujące odpowiadają za dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, oraz przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania

• W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer.

• W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń

Wróć

Działanie procesora

Schemat blokowy procesora

SygnałyKontrolne

i sterujące

BU

Prefetch

IU(Dekoder) ROM

AU

MMU

CU

ALU FPU

EU

Adres

Dane

Dane

Kod programu

BU – blok komunikacyjnyPrefetch – sortowanie i kolejkowanie koduIU – dekodowanie ciągu poleceńEU – układ wykonawczyALU – moduł obróbki liczb stałoprzecinkowych

CU – blok sterowania przetwarzania modułu ALUFPU – moduł obróbki liczb zmiennoprzecinkowychAU – jednostka adresowaniaMMU – jednostka zarządzania pamięcią

Wróć

Pamięć podręczna

Cache to podręczna pamięć procesora. Charakteryzuje się wyjątkowo krótkim czasem dostępu. Jest ona używana do przechowywania danych, które będą w niedługim czasie przetwarzane. Rozróżniamy dwa rodzaje pamięci Cache:

• Pierwszego poziomu (Cache L1) zintegrowana z procesorem z którym porozumiewa się z częstotliwością równą częstotliwości wewnętrznej procesora, Tego typu pamięć ma zwykle pojemność od 16 do 64 KB.

• Drugiego poziomu (Cache L2) znajdująca się zwykle na płycie głównej gdzie z procesorem porozumiewa się z częstotliwością taktowania zewnętrznego. W nowoczesnych komputerach jej pojemność wynosi zwykle 512, a czasem nawet 1024 KB.

Kontroler Cache

Pamięć Cache

Pamięć

CPU

Pamięć podręczna wspomaga pamięć główną

Wróć

Rodzaje pamięci ze względu na budowę: SIMM FPM (Single Inline Memory Module), (Fast Page Mode) – 30 pinowe

• SIMM EDO RAM (Extended Data Output),(Random Access Memory) – 72 pinowe

• DIMM SDRAM (Double Inline Memory Module), (Synchronous Dynamic Random Access Memory) - 168 pinowe • DDR SDRAM (Double Data Rate)- 184 pinowe

• RIMM RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory)

• DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2).

Pamięć operacyjna – urządzenie służące do przechowywania danych operacyjnych. Rodzaje pamięci:• ROM – (tylko do odczytu) służy do przechowywania stałych elementów oprogramowania• RAM – (do odczytu i zapisu) można w niej zapisywać i odczytywać informacje, wymaga stałego zasilania aby podtrzymywać przechowywane dane

Wróć

Pamięć operacyjna

Karta dźwiękowa Karta siecio

wa

Karta graficzna

Karty rozszerzeń

Wróć

Karta graficzna

Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej

Gniazdo podłączenia monitora

Karta graficzna, jeden z najważniejszych komponentów zestawu komputerowego. Karta graficzna może być zintegrowana z płytą główną komputera, częściej jest to osobna karta rozszerzeń (jak na rys.). Najważniejszymi parametrami karty graficznej są: szybkość pracy, ilość pamięci, rozdzielczość i ilość kolorów wyświetlanego obrazu i inne.

Karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów: • płytki drukowanej, • głównego procesora, • pamięci wideo,• układu RAMDAC (który często jestzintegrowany z procesorem w jednej obudowie)

Karty graficzne budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI, AGP

Główne zadanie karty graficznej to przetwarzanie obrazu cyfrowego generowanego przez układy komputera na sygnał „zrozumiały” dla monitora (może to być sygnał: analogowy lub cyfrowy).

Wróć

Zasilacz komputera

Zasilacz, czyli PSU (z ang. Power Supply Unit), dostosowuje napięcie, prostuje prąd płynący z sieci (Polska 230V), do potrzeb komputera na złącza ATX i inne. Standardowe napięcia to 3,3V, 5V i 12V, reszta to tzw. napięcia kontrolne, które służą do np. załączania zasilacza.

Wyróżniamy wiele złącz wyjściowych z zasilacza:-24 pin - obecnie stosowany do zasilania płyt głównych w standardzie ATX-20 pin - w starszych płytach, tez standardu ATX-4 pin - MOLEX do zasilania CD-ROMu, HDD itp.-6 pin - stosowany do zasilania regulatorów napięcia na procesorze VMC.

Wnętrze zasilacza

Wróć

Karta dźwiękowa

Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej

Gniazda wejścia i wyjścia sygnałów dźwiękowych

Karta dźwiękowa, zwana też kartą muzyczną, jest to karta rozszerzeń umożliwiająca pracę z dźwiękiem na komputerze klasy PC. Dzięki nim można zarówno odtwarzać dźwięk, jak i tworzyć pliki dźwiękowe. Do karty dźwiękowej podłącza się takie urządzenia jak głośniki, wzmacniacz czy mikrofon bądź urządzenie MIDI (np. syntezator).

Główne zadanie karty dźwiekowej to przetwarzanie sygnałów cyfrowych na analogowe (przy odtwarzaniu dźwięków) lub odwrotnie (przy nagrywaniu dźwięków)

Karty dźwiękowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI

Wróć

Karta sieciowa

Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównejGniazdo kabla sieciowego

Karta sieciowa, karta rozszerzeń niezbędna do podłączenia komputera do sieci LAN. Do karty sieciowej można podłączyć kabel koncentryczny lub kabel typu skrętka łączący komputer z siecią. Często karty mają możliwość podłączenia dwóch różnych typów kabla. Najważniejszym parametrem karty sieciowej jest jej prędkość transmisji, może ona wynosić 10 lub 100 Mbps.

Diody sygnalizacyjne

Karty sieciowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI

Najnowsze karty sieciowe obsługują już nie tylko sieci kablowe ale także sieci radiowe.

Antena transmisyjna

Wróć

Napęd optyczny

Napęd CD-ROM Napęd DVD

Wróć

Napęd CD-ROM

CD-RW, Compact Disk Read-Write, jest dyskiem CD umożliwiającym wielokrotny zapis (do 1000x). Do zapisu tego nosnika stosowane są specjalne napędy które obsługują także tradycyjne nosniki

Napęd CD-ROM

Nośnik CD-RW

CD-ROM, Compact Disk Read-Only Memory, popularny dysk kompaktowy zastosowany w komputerze jako pamięć tylko odczytywalna. Dane na dysku CD-ROM zachowywane są w formacie binarnym jako mikroskopijne wgłębienia w powierzchni dysku, za pomocą bardzo cienkiej wiązki lasera emitowanej przez napęd CD-ROM dane mogą być odczytywane. Na płycie CD może zmieścić się do 700 MB danych.

Wróć

Napęd DVD

DVD-R – najnowsze napędy obsługujące płyty DVD umożliwiają ich nagrywanie

Napęd DVD przypominabudową CD-ROM

Nośnik DVD-R umożliwiający zapis

DVD, Digital Versatile Disc, rodzaj nośnika danych, przypominający płytę CROM. Ilość danych zapisanych na płycie DVD jest jednak dużo większa. Istnieje kilka możliwych sposobów nagrywania płyty DVD różniących się pojemnością płyty. Można na niej nagrać aż do 17 GB danych.

Podstawowa różnica pomiędzy CD a DVD polega na tym że DVD zapisane jest po obu stronach przy dodatkowo większej gęstości zapisu. Do odtwarzania DVD (w przeciwieństwie do CD) potrzeba sprzętowego urządzenia do dekodowania informacji zapisanych na nośniku.

Sposób zapisu danych na płycie DVD

Wróć

Dysk twardyDysk stały, dysk twardy (angielskie hard disk), pamięć dyskowa, w której nośnik magnetyczny jest nałożony na bardzo cienką warstwą (kilka µm) na niewymienną, sztywną płytę zwaną talerzem (lub zespół płyt na jednej osi), zamkniętą w hermetycznej obudowie. Pozwala na zapisywanie danych na stałe, bez ich utraty po odłączeniu zasilania.

Wnętrze dysku twardego

Płyty – nośnik danych

Głowice magnetyczne

Dysk twardy

Głowice magnetyczne są umieszczone ruchomo nad warstwami nośnika, nie dotykając płyty. Konstrukcja mechaniczna dysku stałego wymaga dużej precyzji, ale zapewnia bardzo dużą pojemność pamięci oraz mały czas dostępu.

Obecnie produkuje się dyski o pojemnościach Od kilkuset megabajtów do kilkuset gigabajtów

Wróć

Mysz

Mysz (z ang. mouse) – urządzenie wskazujące używane podczas pracy z interfejsem graficznym systemu komputerowego.

Rodzaje myszy:- ze względu na rodzaj komunikacji z komputerem dzielimy je na przewodowe i bezprzewodowe,-ze względu na sposób odczytywania informacji dzielimy je na mechaniczne i optyczne.

Mysz przewodowa, kulkowa.

Mysz bezprzewodowa, optyczna.Wróć

Klawiatura

Klawiatura służy do wprowadzania informacji do komputera. Dzielimy je na tradycyjne i multimedialne

Klawiatury tradycyjne zawierające 104 klawisze standardowe i dodatkowo trzy klawisze ułatwiające obsługę niektórych funkcji systemu Windows i aplikacji pod nim pracujących. W typowych klawiaturach możemy wyróżnić blok podstawowy, tworzony głównie przez klawisze służące do pisana tekstów, blok funkcyjny (klawisze F1...F12), blok specjalny (m.in. klawisz Print Screen, Scroll Lock, Insert, Delete), blok kursora zawierający klawisze ruchu kursora, blok numeryczny pozwalający na szybkie wprowadzanie danych liczbowych.

Wróć

Klawiatury multimedialne są wyposażone w dodatkowe narzedzia ułatwiające obsługę programów mulimedialnych (np. regulację głośności, przewijanie ekranów itp.).

Klawiatura tradycyjna

Klawiatura multimedialna

Architektura komputera z magistralą PCI i AGP

Procesor

Sterowniki układów pamięci (chipset):

interfejs magistrali PCI,

Interfejs magistraliAGP

(IRQ, DMA)

Pamięć podręczna (CACHE)

Pamięć RAM

Magistrala lokalna PCI

Kartadźwiękowa

Kartatelewizyjna

Kartasieciowa

Kontroler dysków

InterfejsMagistrali

zewnętrznej

MagistralaISA, EISA Lub MCA

StandardoweUrządzenia wejścia

i wyjścia

Interfejs magistrali

SCSI

Mag

istr

ala

SCSI Urządzenia

SCSI

Mag

istr

ala

AGPKarta

graficzna

Monitor

Pamięćlokalna

Płyta główna

Co się dzieje gdy włączymy komputer?

• zaczyna pracować zasilacz, rozpędza się dysk twardy• startuje płyta główna, a przede wszystkim program BIOS• BIOS sprawdza parametry urządzeń wbudowanych do komputera• jeśli testy wypadną pomyślnie BIOS szuka urządzenia na którym jest

zainstalowany system operacyjny (OS), najczęściej jest to dysk twardy komputera

• po znalezieniu OS BIOS oddaje mu kontrole nad dalszym działaniem• system operacyjny ładuje (kopiuje) z dysku twardego do pamięci

operacyjne (RAM) swoje moduły – niezbędne do działania• następnie system ładuje sterowniki kart graficznych, sieciowych,

dźwiękowych, dodatkowe sterowniki obsługi dysku i inne sterowniki urządzeń

• system przenosi do RAM interfejs graficzny GUJ• komputery pracujące w sieci próbują w tym czasie nawiązać łączność z

innymi jednostkami• na zakończenie system wczytuje czcionki, ustawienia i tematy pulpitu oraz

programy folderu autostart

Koniec