BUDOWA KOMPUTERA, JEGO STRUKTURA I SCHEMAT DZIAŁANIA
BUDOWA KOMPUTERA:
Peryferia wewnętrzne:
napęd optyczny (lub nagrywarka/combo)
PŁYTA GŁÓWNA
Podstawowym elementem każdego komputera jest płyta główna (ang. mainboard). Większość pozostałych elementów komputera umieszczona jest na niej w specjalnych złączach lub podłączona z zewnątrz specjalnymi przewodami. Konstrukcja płyty może być różna - inaczej zbudowane i wyposażone są płyty dla wielkich serwerów, komputerów PC, notebooków lub kieszonkowych palmtopów, ale elementy funkcjonalne są podobne i można je prześledzić na przykładzie płyty dla komputera PC (ang. personal komputer). Płyta główna w urządzeniach elektronicznych to część umożliwiająca komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom zawierająca podstawowe elementy danego urządzenia. W komputerze na płycie głównej znajdują się złącza dla procesora, pamięci operacyjnej, kart rozszerzających (np. PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne, ...) i zasilacza oraz dla niektórych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy). Most północny - chipset zajmujący się połączeniem szyny danych między procesorem, kartą graficzną (szyną AGP, PCI Express lub odpowiednio inną) oraz kościami pamięci systemowej. Pośredniczy także w wymianie informacji pomiędzy elementami wymienionymi powyżej z takimi rzeczami jak dysk twardy czy drukarka za pośrednictwem mostka południowego. Most północny, podłączony bezpośrednio do procesora przy pomocy FSB (Front Side Bus; FSB jest występującą w wielu architekturach komputerów PC magistralą łączącą CPU z kontrolerem pamięci; składa się ona z linii adresowych, linii danych oraz linii sterowania. Parametry FSB (ilość linii poszczególnych typów, częstotliwość) zależne są od zastosowanego procesora.), zawiera kontroler pamięci oraz kontroler szyny graficznej (w przypadku zintegrowania kontrolera pamięci z procesorem most ten może nie występować, wówczas bezpośrednio do procesora podłączany jest przez HyperTransport most południowy). Most południowy (ang. southbridge) - element współczesnych chipsetów, realizujący połączenie procesora do wolniejszej części wyposażenia mikrokomputera. Most południowy, podłączony jest do mostu północnego, może zawierać kontrolery PCI, USB, dźwięku, Ethernetu, dysków (ATA, SATA); do niego też zazwyczaj podłączone są dodatkowe zewnętrzne kontrolery. Chipset to element elektroniczny występujący w wielu częściach składowych komputera. Układ ten organizuje przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi podzespołami jednostki centralnej. W skład chipsetu wchodzą zazwyczaj dwa układy zwane mostkami. Mostek północny odpowiada za wymianę danych między pamięcią a procesorem oraz steruje magistralą AGP (teraz już także PCI-E 1 lub 16x). Mostek południowy natomiast odpowiada za współpracę z urządzeniami wejścia/wyjścia, takimi jak np. dysk twardy czy karty rozszerzeń. Na płycie głównej umieszczony jest także zegar czasu rzeczywistego. Zegar czasu rzeczywistego (ang. Real-Time Clock RTC) jest elementem systemów komputerowych służącym do odliczania czasu niezależnie od stanu komputera (pracy, zablokowania, wyłączenia), montowany jest niemalże we wszystkich komputerach osobistych, serwerach i wielu systemach wbudowanych. Konstrukcja zegara czasu rzeczywistego może być oparta o prosty układ scalony zliczający impulsy z generatora kwarcowego. Są one zasilane z baterii umożliwiającej im pracę również gdy komputer jest wyłączony. Obecnie instalowane baterie mają trwałość większą niż 10 lat. PCI (ang. Peripheral Component Interconnect) - magistrala komunikacyjna służąca do przyłączania urządzeń do płyty głównej w komputerach klasy PC. Po raz pierwszy została publicznie zaprezentowana w czerwcu 1992 r. jako rozwiązanie umożliwiające szybszą komunikację pomiędzy procesorem i kartami niż stosowane dawniej ISA. Dodatkową zaletą PCI jest to, że nie ma znaczenia czy w gnieździe jest karta sterownika dysków (np. SCSI skrót z ang. Small Computer Systems Interface), sieciowa czy graficzna. Każda karta, pasująca do gniazda PCI, funkcjonuje bez jakichkolwiek problemów, gdyż nie tylko sygnały ale i przeznaczenie poszczególnych styków gniazda są znormalizowane. Wszystkie urządzenia podłączone do magistrali są równorzędne, każde z nich może pełnić rolę zarówno inicjatora (rozpoczynać operację) jak i celu (wykonywać operację zleconą przez inicjator). Niektóre urządzenia potrafią pełnić tylko jedną z ról. W przeciwieństwie do innych magistrali, szyna PCI stanowi kompleksowe rozwiązanie, przyspieszające współpracę z dowolnym urządzeniem zewnętrznym. Przy częstotliwości taktowania 33 MHz i szerokości 32 bitów magistrala PCI osiąga szybkość transmisji 132 MB/s. Szerokość szyny adresowej i danych nowych procesorów 64 bitowych zmiany nie wpływają na architekturę PCI a jedynie podwaja się przepustowość do 264 MB/s. Karty dołączone do szyny PCI mogą się komunikować nawet bez udziału mikroprocesora, dzięki czemu wzrasta efektywność jego użytkowania. Dla każdej karty zdefiniowane są tzw. rejestry konfiguracyjne. Przy ładowaniu systemu procesor odczytuje zapisane w nich dane i rozpoznaje, jaka karta jest umieszczona w gnieździe. Instalacja i inicjacja karty następuje potem w pełni automatycznie. Aby zapewnić zarówno producentom, jak i użytkownikom możliwie dużą elastyczność, w standardzie PCI zdefiniowano tzw. gniazdo wspólne (z ang. shared slot). Jest to gniazdo, które może być wykorzystane z kartami przystosowanymi do magistral ISA, EISA czy MCA. Umożliwia to też produkcję kart jednocześnie przystosowanych do PCI i pozostałych, wyżej wymienionych magistral. ISA (ang. Industry Standard Architecture - standardowa architektura przemysłu, standard magistrali oraz łącza dla komputerów osobistych wprowadzony w roku 1984, jako rozszerzenie architektury IBM PC/XT do postaci szesnastobitowej. Służy do przyłączania kart rozszerzeń do płyty głównej.) Cache - pamięć buforowa, gdzie bufor to obszar służący do przechowywania danych do komunikacji pomiędzy dwoma systemami, np. bufor karty sieciowej przechowuje pakiety, które mają zostać wysłane, a bufor karty graficznej to co ma zostać wyświetlone na ekranie, pamięć buforowa drugiego poziomu jest instalowana na płycie głównej 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.
|
BIOS (Basic Input/Output System) - program zapisany w pamięci ROM każdego peceta. Testuje on sprzęt po włączeniu komputera, uruchamia system operacyjny, kontroluje transfer danych pomiędzy komponentami takimi jak dysk twardy, procesor czy napęd CD-ROM. Za pomocą wbudowanego w BIOS programu setup można zmieniać standardowe ustawienia BIOS-u, np. parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość testowania pamięci RAM), a także włączać/wyłączać niektóre elementy płyty głównej, np. porty komunikacyjne.
Chipset - chipsety są układami scalonymi stanowiącymi integralną część płyty głównej. 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). 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 CMOS komputera. |
złącze EIDE - najczęściej stosowany w pecetach kontroler napędów. EIDE to rozszerzony i ulepszony typ interfejsu IDE, oferujący między innymi większą szybkość transferu danych (do 17 MB/s), do IDE podłącza się dysk twardy ATA. |
gniazdo pamięci SIMM(Single-Inline Memory Module) - jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci SIMM. Standard konstrukcyjny o 32 stykach; szyna danych ma szerokość zaledwie 8 bitów. |
gniazdo pamięci DIMM (Dual-Inline Memory Module) - jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci DIMM. |
|
PROCESOR
Procesor (ang. processor) - Jest to 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. Procesor wykonywany jest zwykle jako układ scalony zamknięty w hermetycznej obudowie posiadającej złocone wyprowadzenia. Złoto jest konieczne, aby zmniejszyć pojemności pasożytnicze połączeń. Jego sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych. Tworzą one sieć od kilku do kilkudziesięciu 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 wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 90 nm pracujących z częstotliwością 3,6 GHz.
Procesor (CPU - Central Processing Unit) czyli centralna jednostka obliczeniowa to serce każdego komputera. To właśnie on zajmuje się wykonywaniem uruchamianych programów i przetwarzaniem danych. Na mikroprocesor składa się wiele zintegrowanych układów scalonych.
Procesor centralny składa się z trzech części:
arytmometru, czyli jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU-ang. Arithmetic and Logic Unit),
jednostki sterującej oraz
zespołu rejestrów.
W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer.
Jednostka sterująca odpowiada natomiast za dostarczanie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazanie wyników z powrotem do pamięci oraz za właściwą kolejność przetwarzania danych. Rejestr składa się z niewielkich komórek pamięci, w których przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżące zakodowane polecenie dla procesora.
Procesor centralny w pełni nadzoruje pracę komputera, której najmniejszą jednostką jest cykl rozkazowy. Transfer informacji między poszczególnymi sekcjami procesora odbywa się za pomocą magistral. Oddzielne kanały są przeznaczone dla danych (magistrala danych), a oddzielne dla instrukcji przesyłanych między ALU i kontrolerem (magistrala kontrolera/sygnałów). Magistrala adresowa służy z kolei do przekazywania informacji między jednostką arytmetyczno-logiczną, a rejestrem.
Procesor wyposażony jest także w zegar wyznaczający jego własną częstotliwość, z jaką odbywają się wszystkie przeprowadzane w nim operacje. Im wyższa częstotliwość taktowania, tym procesor jest szybszy. Do skomplikowanych obliczeń matematycznych starszego typu procesory 386 lub 486 potrzebowały wsparcia w postaci koprocesora matematycznego. Jest on wyspecjalizowany w obliczeniach arytmetycznych i odciąża główny procesor przy dokonywaniu szczególnie dużej liczby obliczeń. Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy. Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program. Szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu procesora, jest on odwrotnością częstotliwości procesora.
PAMIĘĆ WEWNĘTRZNA: OPERACYJNA I STAŁA
Pamięć wewnętrzną dzielimy na dwie składowe: pamięć operacyjną i stałą.
Ta pierwsza to pamięć RAM (ang. Random Access Memory), czyli pamięć o swobodnym dostępie (tzn. odczytanie lub zapisanie pojedynczej porcji informacji w dowolnym miejscu jest jednakowo łatwe i trwa tyle samo czasu). W czasie pracy komputera są w niej umieszczane informacje będące bieżącym obiektem przetwarzania. Z pamięci operacyjnej wyodrębnia się pamięć buforową, która jest wykorzystywana do przyspieszania wymiany większej ilości informacji. Z RAM-u procesor czerpie informacje, a także przesyła wyniki swej pracy. Jednak RAM nie służy tylko do przechowywania danych. Każdy program i system operacyjny zanim zostaną uruchomione, muszą najpierw zostać załadowane do RAM-u. Opłaca się to, ponieważ system może dotrzeć do informacji przechowywanych w RAM bardzo szybko. Jednak pamięć RAM jest określana jako ulotna, ponieważ wraz z odcięciem zasilania do komputera traci się jej całą zawartość. Moduły RAM różnią się od siebie pojemnością, wymiarami, kształtami, prędkościami.
Wyróżniamy:
DRAM (Dynamic RAM) - dynamiczna pamięć RAM przechowuje dane wewnątrz zawierających kondensatory układów scalonych. Ponieważ kondensatory te wyładowują się po pewnym czasie, co grozi utratą danych przez nie przechowywanych, komputer co kilka milisekund musi odświeżać ich zawartość. W czasie odświeżania zawartość pamięci DRAM nie może być odczytywana przez procesor, co spowalnia działanie komputera. DRAM jest jednym z wolniejszych rodzajów pamięci, ale ze względu na niską cenę chętnie stosowanym.
SRAM (Static RAM) - odmiana pamięci RAM, która w przeciwieństwie do DRAM nie wymaga ciągłego dopływu prądu w celu odświeżania przechowywanej w niej informacji. Dzięki temu jest dużo szybsza niż DRAM, ale jednocześnie znacznie droższa. Pamięć SRAM stosuje się w produkcji pamięci cache.
SDRAM (Synchronous DRAM) - rodzaj szybkiej, synchronicznej pamięci RAM, o bardzo krótkim czasie dostępu (nawet 4,5 ns) stosowanej w komputerach zarówno jako pamięć RAM, jak i pamięć do kart graficznych. W nowoczesnych komputerach pamięć SDRAM montowana jest w postaci modułów DIMM.
DDR-SDRAM (Double Data Rate RAM) - nowy rodzaj pamięci SDRAM cechujący się dwukrotnie większą szybkością działania niż tradycyjne moduły. Pamięć typu DDR-RAM wykonuje dwa cykle pracy w ciągu jednego impulsu zegara podczas gdy SDRAM tylko jeden.
Drugim rodzajem pamięci wewnętrznej jest pamięć stała tzw. ROM (ang. Read Only Memory), z której można tylko i wyłącznie odczytywać informacje. Użytkownik nie może wprowadzać w niej żadnych zmian. W ROM-ie przechowywane są często używane, niezmienne informacje wspomagające prawidłowe działanie komputera. Przykładem może być BIOS (ang. Basic Input Output System). Po każdorazowym włączeniu komputera pobierane są z BIOS-u odpowiednie instrukcje procedury startowej, które zawierają testy różnych elementów, przygotowują współpracę z ekranem oraz klawiaturą i rozpoczynają ładowanie systemu operacyjnego z dysku (lub dyskietki startowej). BIOS troszczy się także o to, aby sygnały wychodzące z klawiatury przetwarzane były do postaci zrozumiałej dla procesora. BIOS posiada własną, niewielką pamięć, w której zapisane są informacje na temat daty, godziny oraz dane na temat urządzeń zainstalowanych na komputerze.
DYSK TWARDY
Dysk twardy jest zbudowany z obudowy, której zadaniem jest ochrona znajdujących się w niej elementów przed uszkodzeniami mechanicznymi a także przed wszelkimi cząsteczkami zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu. Jest to konieczne, gdyż nawet najmniejsza cząstka "kurzu" ma wymiary większe niż odległość pomiędzy głowicą a powierzchnią nośnika, tak więc mogłaby ona zakłócić odczyt danych, a nawet uszkodzić powierzchnię dysku nośnika magnetycznego, umieszczonego na wielu wirujących "talerzach" wykonanych najczęściej ze stopów aluminium. Zapewnia to ich niewielką masę, a więc niewielką bezwładność co umożliwia zastosowanie silników napędowych mniejszej mocy, a także szybsze rozpędzanie się "talerzy" do prędkości roboczej.
IDE (ATA) - interfejs, który zdobył ogromną popularność ze względu na niską cenę zintegrowanego z napędem kontrolera, praktycznie dominujący rynek komputerów domowych. Interfejsem może to być kabel łączący dwa urządzenia, ale zarówno wtyczki na tym kablu jak i pasujące do nich gniazda są również interfejsami. Gniazdo na płycie głównej komputera jest interfejsem, w który wkłada się np. kartę graficzną, ale i sama karta jest interfejsem umożliwiającym współpracę monitora z resztą systemu komputerowego. Sam monitor, jako całe urządzenie, to także interfejs, a posiada on swój własny interfejs w postaci ekranu. Pokrętła sterujące monitorem, a obecnie coraz częściej panel sterujący z przyciskami to drugi, obok ekranu, interfejs monitora.
Jego pozycję umocniło się pojawienie się rozszerzonej wersji interfejsu - EIDE. Zwiększono w niej liczbę obsługiwanych urządzeń z 2 do 4, zniesiono barierę pojemności 540 MB, wprowadzono też protokół ATAPI umożliwiający obsługę innych napędów, np. CD-ROM. Maksymalna przepustowość złącza wzrosła z 3,33 MB/s do 16,6 MB/s, znacznie przekraczając możliwości dzisiejszych napędów. Limit ten uległ kolejnemu przesunięciu w momencie pojawienia się specyfikacji Ultra DMA/33, zwiększającej przepustowość do 33,3 MB/s. SCSI - Interfejs SCSI pozwalający na obsługę początkowo 7, a później 15 urządzeń, znalazł zastosowanie głównie w serwerach. Do jego zalet należy możliwość obsługi różnych urządzeń (nagrywarek, skanerów, napędów MOD, CD-ROM i innych). Pierwsza wersja SCSI pozwalała na maksymalny transfer 5 MB/s, wkrótce potem wersja FAST SCSI-2 zwiększyła tę wartość do 10 MB/s. Kolejny etap rozwoju standardu SCSI to rozwiązanie Ultra SCSI. Jego zastosowanie podnosi maksymalną prędkość transferu danych do 40 MB/s. Obecnie spotyka się trzy rodzaje złączy służących do podłączania dysków SCSI. Najlepiej znane jest gniazdo 50-pinowe, przypominające wyglądem złącze IDE, lecz nieco od niego dłuższe i szersze.
Strukturalnie zaś dysk twardy jest podzielony na partycje, czyli rozłączne obszary, którym system operacyjny przypisuje litery napędów. Rozróżniamy przy tym partycje pierwotne (primary) i rozszerzone (extended). Pliki systemowe, uruchamiające system operacyjny muszą znajdować się na jednej z partycji pierwotnych- tych ostatnich może być maksymalnie cztery. Natomiast liczba partycji rozszerzonych jest praktycznie nieograniczona.
Dysk podzielony jest też na ścieżki, czyli koncentrycznie położone okręgi na każdym talerzu twardego dysku, które podzielone są z kolei na klastery i sektory. Pierwsze z nich to jednostki alokacji, najmniejsze logiczne jednostki zarządzane przez FAT (tabela alokacji plików) i inne systemy plików. Fizycznie klaster składa się z jednego lub kilku sektorów. Natomiast same sektory to po prostu najmniejsze adresowalne jednostki na twardym dysku. Całkowitą liczbę sektorów otrzymujemy, mnożąc liczbę głowic przez liczbę ścieżek razy liczbę sektorów na ścieżce.
Na komfort pracy z systemem komputerowym duży wpływ ma wydajność dysku twardego. Efektywna prędkość z jaką dysk dostarcza dane do pamięci komputera, zależy od kilku podstawowych czynników. Największy wpływ na wydajność mają elementy mechaniczne, od których nawet najwolniejsza elektronika jest o dwa rzędy wielkości szybsza.
Fundamentalne znaczenie ma prędkość ustawiania głowicy nad wybraną ścieżką, ściśle związana ze średnim czasem dostępu.
Równie istotnym parametrem jest prędkość obrotowa dysku, rzutująca na opóźnienia w dostępie do wybranego sektora i prędkość przesyłania danych z nośnika do zintegrowanego z dyskiem kontrolera. Dopiero w następnej kolejności liczy się maksymalna prędkość transferu danych do kontrolera czy wielkość dyskowego cache'u. Pamięć cache dysku twardego przyspiesza dostęp do bardzo wolnej pamięci masowej (w porównaniu do pamięci RAM do której dane są pobierane
Ogromne znaczenie ma prędkość obrotowa dysku. Zależność jest prosta: im szybciej obracają się magnetyczne talerze, tym krócej trwa wczytanie sektora przy takiej samej gęstości zapisu. Mniejsze jest także opóźnienie, czyli średni czas oczekiwania, aż pod ustawionym nad właściwym cylindrem głowicą "przejedzie" oczekiwany sektor. W przeciwieństwie do nowoczesnych CD-Rom'ów dyski twarde obracają się ze stałą prędkością, osiągając od 3600 do 7200 rpm (revolutions per minute). Lepszym pod względem prędkości obrotowej okazał się model firmy Seagate, Cheetah ST34501- pierwszy dysk na świecie wirujący z prędkością 10000 obr/min. Pierwsze, zewnętrzne ścieżki są wyraźnie dłuższe od położonych w osi dysku. W nowoczesnych napędach są one pogrupowane w kilka do kilkunastu stref, przy czym ścieżki w strefach zewnętrznych zawierają więcej sektorów. Ponieważ dysk wczytuje całą ścieżkę podczas jednego obrotu, prędkość transferu danych na początkowych obszarach dysku jest największa. W związku z tym informacje podawane przez prostsze programy testujące transfer dysku są często zbyt optymistyczne w stosunku do rzeczywistej średniej wydajności napędu.
Media transfer rate- prędkość przesyłania danych z nośnika do elektroniki dysku zależy od opóźnień mechanicznych oraz gęstości zapisu. Gęstość tę równolegle do promienia dysku mierzy się liczbą ścieżek na cal (TPI), zaś prostopadle (wzdłuż ścieżki) obrazuje ją liczba bitów na cal (BPI). Wydajność dysku w dużej mierze zależy także od rozwiązań zastosowanych w samym komputerze i kontrolującym go systemie operacyjnym. Znaczenie ma prędkość procesora, wielkość pamięci operacyjnej i cache'u, prędkość transferu danych o pamięci czy narzut czasowy wprowadzany przez BIOS. Zastosowany system plików do "czystego" czasu transferu zbiorów dokłada swoje narzuty związane z administracją zajętym i wolnym miejscem na dysku. Źle dobrany, lub zbyt mały lub za duży rozmiar programowego bufora dyskowego również może wyraźnie wydłużyć czas reakcji dysku.
Karta dźwiękowa (k. muzyczna)
KARTA GRAFICZNA
Karta graficzna to element komputera tworzący sygnał dla monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o tym jak powinien wyglądać ekran monitora przy 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. Karta grafiki, montowana jest na płycie głównej poprzez gniazdo PCI lub AGP. Karty graficzne różnią się między sobą szybkością pracy, wielkością pamięci RAM, wyświetlaną rozdzielczością obrazu, liczbą dostępnych kolorów oraz częstotliwością odświeżania obrazu: im częściej odświeżany jest w czasie jednej sekundy obraz, tym spokojniej jest on postrzegany przez ludzkie oko(nie zauważalne jest migotanie obrazu). Częstotliwość odświeżania obrazu mierzona jest w hercach. Aby otrzymać w pełni stabilny obraz , konieczne jest co najmniej 72-krotne (72 Hz ) odświeżenie obrazu w ciągu każdej sekundy. Każda karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów:
płytki drukowanej, głównego procesora, pamięci wideo i układu RAMDAC:
Procesor graficzny - odpowiedzialny za generowanie obrazu w pamięci obrazu
DAC - przetwornik C/A (ang. Digital-to-Analog Converter) - odpowiedzialny za przekształcenie cyfrowych danych z pamięci obrazu na sygnał sterujący dla monitora analogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym DAC nie stosuje sie
Interfejs do systemu komputerowego - umożliwia wymianę danych i sterowanie karta graficzną - zazwyczaj PCI, AGP, PCI-Express
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.
KARTY DŹWIĘKOWE
Karta dźwiękowa (ang. sound card) to urządzenie wejścia/wyjścia komputera. Umożliwia rejestrację, przetwarzanie i odtwarzanie dźwięku. Najbardziej znaną grupą kart dźwiękowych jest seria Sound Blaster firmy Creative Labs. Obecnie karty dźwiękowe wystarczające do zastosowań amatorskich często wbudowywane są w płytę główną. Pojawiły się również zewnętrzne karty dźwiękowe podłączane do komputera przez jeden z portów np. USB.
Budowa karty dźwiękowej w zależności od stopnia skomplikowania i zaawansowania mogą posiadać następujące elementy:
Mikser dźwięku - służy do łączenia sygnałów dźwięku z różnych źródeł, generatorów dźwięku, przetworników C/A, wejść zewnętrznych, itp.
Sampling
Pojęciem sampling określa się digitalizację, czyli próbkowanie fragmentów dźwiękowych. Decydujący wpływ na jakość nagrania ma rozdzielczość digitalizacji. Starsze karty zapisują dźwięk w trybie 8 bitowym, co pozwala na rozróżnienie tylko 256 różnych wartości dźwięku. Z uwagi na fakt, że taki zakres jest zbyt mały, by uzyskać dobrą jakość, nowsze karty pracują już z rozdzielczością 16 bitową. W przypadku nagrań stereofonicznych każdy pojedynczy dźwięk (sample) jest więc zapisywany na 4 bajtach. Takie rozwiązanie pozwala na rozróżnienie 65536 różnych wartości dla każdego kanału stereo, dzięki czemu generowany dźwięk ma już naturalne brzmienie o jakości hi-fi.
Synteza FM
Karty muzyczne nie tylko nagrywają i odtwarzają gotowe dźwięki, lecz również tworzą je samodzielnie za pomocą syntezy FM czyli tzw. modulacji częstotliwości. Wszystkie układy FM działają na tej samej zasadzie: za pomocą prostych funkcji matematycznych generują krzywe drgań, które tylko w przybliżeniu imitują działanie oryginalnych instrumentów muzycznych. W każdym przypadku umożliwiają jednak odtwarzanie plików MIDI. Pliki te - podobnie jak tradycyjna partytura - zawierają bowiem tylko opisy dźwięków instrumentów i efektów, a nie autentyczne dźwięk.
Synteza WT (wavetable)
Z uwagi na sztuczne brzmienie generowanych dźwięków synteza FM nie nadaję się do zastosowań profesjonalnych. Z tego tez względu producenci sprzętu opracowali technikę syntezy wavetable (WT), znanej też pod nazwą PCM (Pulse Code Modulation) lub AWM (Advanced Wave Memory). Zasada działania syntezy WT jest bardzo prosta. W celu uzyskania na przykład brzmienia gitary chip muzyczny nie generuje sztucznego dźwięku, lecz odtwarza oryginalny dźwięk instrumentu, nagrany wcześniej w studiu.
MIDI
Koncepcja cyfrowego złącza instrumentów muzycznych (MIDI), wprowadzona we wczesnych latach 80, zrewolucjonizowała rynek, przerastając z czasem oczekiwania swych twórców. MIDI pozwala na wymianę informacji i synchronizację sprzętu muzycznego za pomocą standardowych komunikatów, tworząc spójny system sterowania zestawem muzycznym. Komunikaty MIDI mogą być proste np. włącz dźwięk pianina na 5 s. lub złożone np. zwiększyć napięcie wzmacniacza VCA, czyli wzmacniacz sygnału video. Należy tutaj pamiętać, że MIDI nie przesyła dźwięku lecz informacje o nim. Niezaprzeczalną zaletą MIDI jest oszczędność pamięci - skoro przesyłane są tylko dane dotyczące dźwięku, minuta muzyki wymaga zaledwie około 20 KB danych. MIDI ma pod tym względem ogromną przewagę nad cyfrową techniką zapisu dźwięku, przetworzonego przez konwertery analogowo-cyfrowe na twardym dysku.
Kolory gniazd i wtyków
podstawowe:
różowy - mikrofon
dodatkowe głośniki
czerwony - głośnik centralny/niskotonowy
niebieski - głośniki tylne.
KARTA SIECIOWA
Karta sieciowa (ang. NIC - Network Interface Card) służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. Każda karta NIC posiada własny, unikatowy w skali światowej adres fizyczny, znany jako adres MAC, przyporządkowany w momencie jej produkcji przez producenta, zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM. W niektórych współczesnych kartach adres ten można jednak zmieniać. Działanie: Sygnał z procesora jest dostarczany do karty sieciowej, gdzie sygnał jest zamieniany na standard sieci, w jakiej karta pracuje. Karta sieciowa pracuje tylko w jednym standardzie np. Ethernet. Nie może pracować w dwu standardach jednocześnie np. Ethernet i FDDI.
KARTA TELEWIYZJNA
Karta telewizyjna (ang. television card) to urządzenie wejścia/wyjścia komputera. Umożliwia rejestrację, przetwarzanie i odtwarzanie obrazu telewizyjnego. Często posiada komplet wejść i wyjść analogowych, umożliwiających podłączenie do komputera magnetowidu, gry wideo czy telewizora. Karta telewizyjna umożliwia odbiór programów telewizji naziemnej, satelitarnej (również cyfrowej). Może służyć do przechwytywania sekwencji wideo, i prostej (liniowej) edycji wideo. Karty telewizyjne wystarczające do zastosowań amatorskich często zintegrowane są z kartami graficznymi. Pojawiły się również zewnętrzne tunery telewizyjne podłączane do komputera przez port USB lub nawet bezpośrednio do monitora.
6. WENTYLATOR PROCESORA
Wentylator procesora (ang. cooler) jest elementem chłodzącym procesor komputera. Jest to wentylator umieszczony na radiatorze. Wymusza on ruch powietrza w pobliżu powierzchni radiatora zwiększając odprowadzanie ciepła z radiatora. Współczesne procesory emitują duże ilości ciepła i dlatego wymagają tego elementu. Zatrzymanie pracy wentylatora (lub jego brak) może spowodować uszkodzenie układu na skutek przegrzania. Radiator - element lub zespół elementów odprowadzających ciepło z elementu z którym się styka, do otoczenia (powietrza). Radiator jest specjalnie ukształtowaną bryłą z metalu dobrze przewodzącego ciepło o rozwiniętej powierzchni od strony powietrza zazwyczaj w postaci żeber, prętów by zwiększyć przekazywanie ciepła. Radiatory wykonuje się najczęściej z aluminium i miedzi. Aluminium często barwi się na czarno. Powszechnie stosowane są w elektronice, ze względu na dużą ilość ciepła emitowaną ze stosunkowo małych elementów elektronicznych. Radiator - zwyczajowa nazwa elementu odprowadzającego ciepło do atmosfery w układzie chłodzenia silnika spalinowego.
7. ZASILACZ
Zasilacz komputera zamienia prąd zmienny dostępny w sieci elektrycznej na cały zestaw napięć potrzebnych do pracy komputera. W komputerach osobistych do zasilacza podłączone są:
włącznik na obudowie (w zasilaczach AT bezpośrednio, w ATX - przez płytę główną)
napędy CD-ROM, DVD-ROM lub nagrywarka
wentylatory (wiatraki)
inne wbudowane w obudowę komputera stacje zewnętrznych nośników danych
oraz niektóre urządzenia zewnętrzne:
Od stabilności napięć zależy też często stabilność całego systemu. Niektóre zasilacze, zwłaszcza te najtańsze, posiadają błędy konstrukcyjne (spowodowane zwykle drastycznymi oszczędnościami). Mogą one spowodować uszkodzenie nawet wszystkich podzespołów w komputerze w przypadku defektu. Zasilacz komputera wykonany jest zwykle w technice impulsowej.
8. STACJA DYSKIETEK
Stacja dyskietek to element komputera. Przeznaczona jest do obsługi jednego z rodzajów zewnętrznej pamięci komputerowej, jakim jest dyskietka. W komputerach osobistych używane były dwa rodzaje stacji dyskietek:
5 1/4" - obecnie praktycznie nie jest spotykana (pojemność dyskietki: DD - 360 KB, HD 1,2 MB)
3 1/2" - mimo zmniejszenia znaczenia dyskietek, nadal w powszechnym użytku są dyskietki HD (pojemność dyskietki: DD - 720 KB, HD - 1,44 MB)
W starszych komputerach używane były także stacje dyskietek o średnicy 8". Obecnie ich rolę po części przejęły nagrywalne płyty CD i DVD, a także coraz powszechniejsze nośniki USB. Mimo tego stacje dyskietek są nadal standardowo montowane w większości komputerów klasy PC.
9. NAPĘD OPTYCZNY
Napęd optyczny jest to urządzenie, które za pomocą wiązki lasera odczytuje dane z następujących nośników: CD (-R, -RW) lub DVD (-R, -RW, +R, +RW). Napędy optyczne mogą być połączone z komputerem za pomocą interfejsów ATA jak i SCSI. Prędkość napędów optycznych podaje się w wielokrotnościach podstawowej prędkości 1x, która odpowiada przepustowości 150 kB/s (napędy CD) lub 1350 kB/s (napędy DVD). Np. maksymalny transfer CD-ROMu o prędkości 8x wynosi 1,2 MB/s. Nagrywarka - urządzenie służące do zapisywania informacji na płytach CD (-R, -RW) lub DVD (-R, -RW, +R, +RW, +R DL, -RAM). Znane są nagrywarki CD, DVD i tzw. Combo, które odczytują płyty DVD, ale nagrywają tylko CD-R, CD-RW. Nagrywarka DVD - jest to urządzenie optyczne pozwalające na zapis danych na specjalnych przeznaczonych do tego nośnikach (płytach CD lub DVD). Do zapisu danych na płycie używana jest metoda Land-and-Groove-Recording. Nowością w nagrywarkach tego typu jest technologia Lightscribe która pozwala na bezpośrednie drukowanie etykietki na nie aktywnej stronie nośnika.
10. KONTROLER SCSI
SCSI [wym. SKAZI] - skrót z ang. Small Computer Systems Interface - równoległa magistrala danych przeznaczona do przesyłania danych między urządzeniami. Wszystkie urządzenia podłączone do magistrali są równorzędne, każde z nich może pełnić rolę zarówno inicjatora (rozpoczynać operację) jak i celu (wykonywać operację zleconą przez inicjator). Niektóre urządzenia potrafią pełnić tylko jedną z ról.
W znakomitej większości konfiguracji do magistrali poprzez kontroler podłączony jest jeden komputer oraz urządzenia pamięci masowej (dyski twarde oraz napędy taśmowe). Każde z urządzeń podłączonych do magistrali SCSI posiada unikatowy w obrębie magistrali adres - identyfikator (ang. SCSI ID). Pierwotnie do adresowania urządzeń wykorzystywane były trzy bity magistrali co pozwalało na połączenie ze sobą maksymalnie 8 urządzeń. W chwili gdy magistrala danych rozrosła się do szerokości 16 bitów została również rozszerzona do 4 bitów część adresująca urządzenia. Identyfikator pełni również rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby jednoczesnego dostępu więcej niż jednego urządzenia do magistrali. Zwyczajowo kontroler posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją również tzw. LUN (ang. Logical Unit Number) identyfikujące tzw. urządzenie logiczne na jakie może być podzielone urządzenie fizyczne SCSI. Przykładem takiego urządzenia mogą być zmieniarki płyt CD, w których poszczególne elementy składowe (magazynki, czytniki) mogą być identyfikowane przy pomocy LUN. Magistrala SCSI pozwala na podłączenie więcej niż jednego komputera do dysku (tzw. układ V). Możliwe jest również przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie kopii macierzy dyskowej na taśmie magnetycznej).
1
2009-09-23