Распространенные проблемы с «железом» или как устроен персональный компьютер

Устройство персонального компьютера

Персональный компьютер – это настольная микроЭВМ, имеющая эксплуатационные характеристики бытового прибора и универсальные функциональные возможности. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

  • системный блок;
  • монитор
  • клавиатуру
  • мышь
Персональный компьютер

Персональный компьютер

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

Системный блок

Системный блок

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Как устроен системный блок

Системный блок - внутренности

Системный блок — внутренности

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса и мощностью поставляемых в комплекте блоков питания. Как правило, стоковые БП (блок питания) находятся в диапазоне мощности от 350 до 450 Вт. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам:

  • полноразмерный (big tower),
  • среднеразмерный (midi tower);
  • малоразмерный (mini tower).

Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim). Выбор того или иного типа корпуса определяется вкусом и потребностями модернизации компьютера. Наиболее оптимальным типом корпуса для большинства пользователей является корпус типа mini tower. Он имеет небольшие габариты, его удобно располагать как на рабочем столе, так и на тумбочке вблизи рабочего стола или на специальном держателе. Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

* Возможные проблемы и способы их устранения:

Не влючается компьютер
+ Проблемы с кнопкой включения, поменять местами с кнопкой перезагрузки или заменить кнопку включения.

Блок питания

Блок питания компьютера

Блок питания компьютера

Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 350-450 Вт. Если у Вас игровой компьютер с высокопроизводительной видеокартой, то блок питания нужен мощнее.

* Возможные проблемы и способы их решения:

Не влючается компьютер
— «Зависает» при большой нагрузке

+ Замена блока питания
— «Зависает» в видеоиграх
+ Проверить подключение дополнительного питания видеокарты, замена блока питания на более мощный.

Системный блок комплектуется:

  • Материнской платой
  • Процессором
  • Оперативной памятью
  • Видеокартой
  • Жестким диском
  • Дисководом компакт-дисков DVD и\или BlueRay дисков (опционально)
  • Дисководом гибких дисков (устаревшая технология) (опционально)
  • Кардридером (работа с CF/SDXC/microSDHC/MS(XC/Pro/Duo/M2) и пр. картами) (опционально)

Материнская плата

Материнская плата (motherboard) – основная плата персонального компьютера.

Материнская (системная) плата

Материнская (системная) плата

На материнской плате размещаются:

  • процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
  • шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
  • оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
  • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, в ней записан BIOS (basic input-output system) — микропрограмма, контролирующая работу компонентов материнской платы) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
  • микропроцессорный комплект (чипсет) – набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
  • разъемы для подключения дополнительных устройств (слотыPCI и PCI express, как правило).

* Возможные проблемы и способы их устранения:

Не влючается компьютер
+ Если уже пробовали заменить блок питания, то необходимо вынуть плату из корпуса, оставив на ней только процессор с системой охлаждения и память. Проверить шлейфы от БП и замкнуть перемычку включения питания. Также, проблема может быть в оперативной памяти. Процессор в процессе нормальной (без перегрева) эксплуатации выходит из строя крайне редко. Если включится — подсоединяйте компоненты по одному.
— «Зависает»
+ Проверить БП, проверить оперативную память, отсоединить шлейфы, идущие на корпус и к жесткому диску и другим внутренним устройствам. Посмотреть температуру чипсета (можно в BIOS или утилитой для тестов (например Everest))

Процессор

Процессор (микропроцессор, центральный процессор, CPU) – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Он представляет из себя большую микросхему, которую можно легко найти на материнской плате. В настоящее время, основными производителями бытовых процессоров являются AMD и Intel.

Процессор

Процессор

Кулер или Система охлаждения процессора

На процессоре устанавливается большой медный или алюминиевый ребристый радиатор, охлаждаемый вентилятором. Также, можно установить систему водяного охлаждения.

Система охлаждения процессора - кулер

Система охлаждения процессора — кулер

Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора.

Основными параметрами процессоров являются:

  • рабочее напряжение
  • разрядность
  • рабочая тактовая частота
  • коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты
  • размер кэш-памяти
  • количество ядер

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт).

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов.

В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью.

Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область – так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, и шины PCI express.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких, функции мостов PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и тому подобное.

* Возможные проблемы и способы их устранения:

«Зависает»
+ Как уже говорилось ранее, процессор выходит из строя крайне редко. Нужно проверить его температуру и рабочее напряжение (все можно посмотреть в BIOS или при помощи утилит). Если повышена температура — проверяем вентилятор кулера и термопасту (прослойка между радиатором кулера и процессором, также проверяем обороты вентилятора). Проблемы с напряжением — смотрим настройки BIOS на overclocking или меняем блок питания.

Оперативная память

Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

Оперативная память

Оперативная память

Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы. Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже. Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти – чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).

* Возможные проблемы и способы их устранения:

«Зависает», не включается
+ Если планок несколько, проверить работу вставляя их попеременно.

Микросхема ПЗУ и система BIOS

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам. Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System).

Базовая система ввода-вывода BIOS

Базовая система ввода-вывода BIOS

Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и пр. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Энергонезависимая память CMOS

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве. Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS.

От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет. В микросхеме CMOS хранятся данные о жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

* Возможные проблемы и способы их устранения:

«Зависает» после вновь установленного оборудования, аппаратные сбои
+ Переустановить микропрограммное обеспечение (firmware) — скачивается на официальном сайте производителя материнской платы. Метод прошивки зависит от модели платы, но, как правило, необходимо записать файл «прошивки» на USB накопитель и выбрать его в соответствующем меню BIOS.

Жесткий диск

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Жесткий диск (винчестер)

Жесткий диск (винчестер)

Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90-250 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра.

При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска.Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска.

В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

Стоит также отметить относительно недавнее появление на рынке SSD (Solid State Drive) дисков. Технология, используемая в них — принципиально другая, а производительность на несколько порядков выше, при сниженном энергопотреблении. Это значительно влияет на общую производительность системы, ведь HDD (Hard Disk Drive) — самое «узкое» место в системе. Однако они стоят дороже.

* Возможные проблемы и способы их устранения:

Не загружается или «сбоит» операционная система
+ Проверить жесткий диск при помощи специальных утилит (например Scandisk — выполнить полную проверку) на наличие BAD секторов. На практике нужно немедленно скопировать личные данные. Вероятность того, даже если вы восстановите данные, что вы сможете дальше спокойно работать — крайне мала. Лучше просто приобрести новый диск. Кстати, есть специальная опция S.M.A.R.T. — она поможет вам ориентировочно оценить состояние диска.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM, DVD-ROM, BD-ROM

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска.

Дисковод компакт дисков CD-ROM

Дисковод компакт дисков CD-ROM

Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650-800 Мбайт данных. Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW. Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных.

В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-50х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи – до 4х.

То же справедливо для DVD и BD, но с учетом большей плотности записи: 4-8 Гб и 25-50 Гб соответственно.

* Возможные проблемы и способы их устранения:

Привод не читает/плохо читает диски
+ Попробуйте очистить сжатым воздухом линзу лазера. Если не помогло, меняйте привод.

Навигация по записям

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Рейтинг@Mail.ru