Budowa komputera

Komputery całkowicie zdominowały rynek sprzętu elektronicznego. Gdzie się nie obejrzymy, na każdym kroku możemy je spotkać. Dostarczają nam rozrywki, pomagają w pracy, a nawet tę pracę za niektórych wykonują. Jest wiele rodzajów komputerów, ale tu chodzi nam o ten najbardziej znany i rozpowszechniony komputer osobisty. W dzisiejszych czasach prawie każdy potrafi się nim posługiwać, lecz nie każdy wie jak on jest zbudowany.

Z czego składa się komputer?

1. Monitor

2. Płyta główna

3. Procesor

4. Gniazda kontrolerów dysków twardych

(ATA)

5. Kości pamięci operacyjnej (RAM)

6. Karty rozszerzeń

7. Zasilacz

8. Napęd optyczny (CD/DVD)

9. Dysk twardy (HDD)

10. Klawiatura

11. Mysz

Płyta główna

Płyta główna (ang. motherboard) – najważniejsza płyta drukowana urządzenia elektronicznego, na której zamontowano najważniejsze elementy urządzenia, umożliwiająca komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom.

W komputerze na płycie głównej (ang. motherboard) znajdują się procesor, pamięć operacyjna lub gniazda do zainstalowania tych urządzeń oraz gniazda do zainstalowania dodatkowych płyt zwanych kartami rozszerzającymi (np. PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne itp.) i zasilacza. W niektórych konstrukcjach także innych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy).

Koncepcję zbudowania komputera osobistego wyposażonego tylko w minimum potrzebnych urządzeń zmontowanych na jednej płycie drukowanej oraz gniazd do których podłącza się dodatkowe urządzenia zapoczątkowała firma IBM wprowadzając komputer osobisty, zwany też PC.

Budowa płyty głównej

Kontrolery poszczególnych urządzeń zgrupowane są głównie w dwóch mostkach – północnym i południowym.

Mostek północny, podłączony bezpośrednio do procesora przy pomocy FSB, zawiera kontroler pamięci oraz kontroler szyny graficznej. W przypadku zintegrowania kontrolera pamięci z procesorem mostek ten może nie występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez HyperTransport mostek południowy.

Mostek południowy, podłączony do mostka północnego, może zawierać kontrolery PCI, USB, dźwięku, Ethernetu, dysków (ATA, SATA) itp. Do niego też zazwyczaj podłączone są dodatkowe zewnętrzne kontrolery (np. IEEE 1394).

Na płycie głównej umieszczony jest także zegar czasu rzeczywistego.

Karta graficzna

Karta graficzna, często określana też mianem akcelerator grafiki, to element komputera tworzący sygnał dla monitora.

Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednim sterowaniu monitorem. Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb tekstowy. Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) - tryb graficzny. Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D. Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D. Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni.

Budowa karty graficznej

Większość kart graficznych

(i wszystkie współczesne) składają się z następujących elementów:

Procesor graficzny (GPU) -

odpowiedzialny za generowanie

obrazu w pamięci obrazu

Pamięć obrazu - VideoRAM, bufor

ramki (ang. framebuffer) -

przechowuje cyfrowe dane o obrazie

Pamięć ROM - pamięć przechowująca

dane (np. dane generatora znaków)

lub firmware karty graficznej, obecnie

realizowana jako pamięć flash

EEPROM

DAC (ang. Digital-to-Analog Converter) przetwornik cyfrowo-analogowy -

odpowiedzialny za przekształcenie cyfrowych danych z pamięci obrazu na sygnał

sterujący dla monitora analogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem

cyfrowym DAC nie stosuje się

Interfejs do systemu komputerowego - umożliwia wymianę danych i sterowanie kartą

graficzną - zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express

Interfejs na slocie karty graficznej - zazwyczaj P&D, DFP, VGA, DVI, HDMI,

DisplayPort

Wiele z kart graficznych posiada także:

Framegrabber - układ zamieniający zewnętrzny, analogowy sygnał wideo na postać

cyfrową

Procesor wideo - układ wspomagający dekodowanie i przetwarzanie strumieniowych

danych wideo; w najnowszych konstrukcjach zintegrowany z procesorem graficznym.

Procesor

Procesor (ang. processor) nazywany często CPU (ang. Central Processing Unit) - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

Współczesne procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia (stosowane ze względu na własności stykowe tego metalu). Ich sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilkuset milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź). Ważnym parametrem procesora jest rozmiar elementów budujących jego strukturę. Im są one mniejsze tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa częstotliwość pracy. Współczesne procesory używane w komputerach osobistych wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 65 nm, pracujących z częstotliwością kilku GHz. Według planów największych producentów procesorów, pod koniec roku 2007 powinny pojawić się procesory wykonane w technologii 45 nm, a w 2010 - 32 nm. Fabryki procesorów muszą posiadać pomieszczenia o niezwykłej czystości, co jest bardzo kosztowne.

Dysk twardy

Dysk twardy – jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. "dysków miękkich", 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 1980 r. firma Seagate. Dysk przeznaczony do mikrokomputerów miał pojemność 5 MB, 5 razy więcej niż standardowa dyskietka.

Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10MB, 20MB i 40MB - dyski MFM w komputerach klasy XT 808x i 286, współcześnie zaś dyski kilkusetmegabajtowe w komputerach osobistych należą do rzadkości), najczęściej posiadają rozmiar nawet kilkuset (powyżej 400 GB) GB, (w laptopach 20-260 GB). Małe dyski, o pojemnościach od kilkuset MB do kilku GB stosuje się współcześnie w kartach dla slotu Compact Flash (Microdrive) do cyfrowych aparatów fotograficznych, a także w innych urządzeniach przenośnych.

Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/min.) oraz MTBF.

Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu.

Budowa dysku

twardego

Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy, wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów) oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej (głowica jest odpychana od talerza podobnie jak skrzydło samolotu unosi maszynę) powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza. Jest to najpopularniejsze obecnie rozwiązanie (są też inne sposoby prowadzenia głowic nad talerzami).

Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Pierwsze konstrukcje (do ok. 200MB) były wyposażone w silnik krokowy, stosowane również w stacjach dysków i stacjach dyskietek. Wzrost liczby cylindrów na dysku oraz konieczność zwiększenia szybkości dysków wymusił wprowadzenie innych rozwiązań. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach. Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda a przy większych odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund. Układ regulujący prądem zmienia natężenie prądu, tak by głowica ustabilizowała jak najszybciej swe położenia w zadanej odległości od środka talerza (nad wyznaczonym cylindrem).

Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału, zmieniającego swoją polaryzację (kierunek namagnesowania) wraz ze strumieniem magnetycznym. Informacja może być z powrotem odczytana w odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno oporowej.

Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.

Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy na rozkaz od kontrolera dysku. Niektóre nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do remapowania sektorów dysku, które zawiodły.

Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia. Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną. Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, zużycie i zniszczenie, błędy produkcyjne dysku.

Pamięć RAM

RAM (ang. Random Access Memory) - jest to podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej zwany też pamięcią użytkownika lub pamięcią o dostępie swobodnym. Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwnych), to nazwa ta ze względów historycznych oznacza tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, które mogą być też zapisywane przez procesor, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu), pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.

W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów, oraz wyniki ich pracy. Zawartość większości pamięci RAM jest tracona w momencie zaniku napięcia zasilania, dlatego wyniki pracy programów muszą być zapisane na jakimś nośniku danych.

Pamięć RAM jest stosowana głównie jako pamięć operacyjna komputera, jako pamięć niektórych komponentów (procesorów specjalizowanych) komputera (np. kart graficznych, dźwiękowych, itp.), jako pamięć danych sterowników mikroprocesorowych.

Karta dźwiękowa (muzyczna)

Dzisiejsze komputery nie obędą się bez tak ważnego elementu jakim jest karta dźwiękowa (muzyczna). Bezpowrotnie minęły czasy kiedy to z naszego peceta wydobywał się charakterystyczny klik, którego nie jestem w stanie nazwać, lecz pewnie ci bardziej doświadczeni przedstawiciele naszego społeczeństwa świetnie go pamiętają. Różnorodność funkcji jakie oferuje karta dźwiękowa jest bardzo duża. Dzięki niej możemy oglądnąć film, posłuchać ulubionej muzyki czy porozmawiać ze znajomymi przez skype. Nieraz efekty jakich możemy doświadczyć są porażające. Przy dobrym sprzęcie podczas oglądania filmu możemy usłyszeć świst kuli przelatującej nad lewym uchem, a nad głową usłyszeć trzepotanie skrzydeł motyla.

Każdy ma w swoim komputerze kartę dźwiękową, lecz nie każdy może coś więcej powiedzieć na temat budowy czy jakości dźwięku, dlatego postaramy się przybliżyć jej budowę i funkcje.

Budowa karty

dźwiękowej

Wejście mikrofonowe wejście typu mono, które umożliwia podłączenie mikrofonu. Najcześciej spotykane w kolorze różowym.Problemy związane z obsługą mikrofonu najczęściej są spowodowane złymi ustawieniami głośności lub niską jakością przetwornika.

Wejście liniowe spotykane główne w kolorze niebieskim, służy do podłączania żródła sygnału stereo z takich urządzeń jak wieża audio, telewizor czy odtwarzacz CD.

Wyjście liniowe występuje w kolorze zielonym i możemy do niego podłączyć głośniki, słuchawki i wzmacniacz.

Wyjście liniowe głośników tylnych pełni taką samą funkcje co poprzednie złącze, lecz wykorzystywane jest przy obsłudze dźwięku przestrzennego przy tranmitowaniu dwóch kanałów tylnych w systemie 4.1.

Port gier/port MIDI umożliwia podłączenie pada, dżojstika, a także pobieranie i wysyłanie informacji zgodnych ze standardem MIDI. Obecnie zintegrowane układy powodują że rzadziej ten port występuje, dlatego czasami konieczne jest zastosowanie tzw. śledzia.

Oprócz wyżej wymienionych złącz istnieją także wyższej jakości produkty, które są wyposażone w szereg dodatkowych gniazd rozszerzających możliwości karty dżwiękowej. Obecnie nawet najprostsze modele posiadają wyjścia optyczne lub cyfrowe takie jak: - gniazda mini jack - cyfrowe wyjście DIN - cyfrowe wejście i wyjście - FireWire - USB

Monitor

Monitor - urządzenie wyjściowe, podłączone do komputera będące źródłem światła, wyświetlające na własnym ekranie obraz oglądany z drugiej strony przez oglądającego. Wyróżnia się monitory lampowe (kineskopowe) - CRT, monitory oparte na ciekłych kryształach (LCD), oraz monitory plazmowe.

O jakości monitora decydują m.in. takie parametry jak:

* plamka - jej wielkość decyduje o rozmiarach najmniejszych detali jakie monitor jest

w stanie wyświetlić, im mniejsza plamka tym dokładniejszy obraz, przy czym średnia

wielkość plamki rośnie wraz z przekątną ekranu (0,28 mm - 21 calowe; 0,25 mm - 15

calowe);

* rozmiary ekranu - czyli przekątna ekranu wyrażana w calach (1 cal = 2,54 cm );

* rozdzielczość - jest to ilość pikseli w poziomie i w pionie. Im wyższa rozdzielczość

tym obraz może być ostrzejszy, jest to jednak uwarunkowane również możliwościami

zainstalowanej w komputerze karty graficznej, która bezpośrednio decyduje, o

jakości wyświetlanego obrazu.

* kolory w jakich obraz może być wyświetlany na ekranie monitora podawane są w

bitach: o 8 - bitów = maks. 256 kolorów (minimum dla multimediów) o 16 - bitów =

maks. 65 536 kolorów (HighColor, jakość wideo) o 24 - bity = maks. 16,8 mln

kolorów (TrueColor, jakość fotograficzna); Dokładniej 224 kolorów o 32 - bity =

maks. 4,3 mld kolorów (TrueColor, szybszy dostęp do pamięci); Dokładniej 232

kolorów

* częstotliwość odświeżania - im wyższa tym lepsza, co objawia się mniejszym

migotaniem obrazu, rozsądny poziom to 85 Hz lub 100 Hz dla mniejszych monitorów.