- •Основы аппаратного обеспечения персонального компьютера Конспект лекций
- •Введение
- •Аппаратное обеспечение персонального компьютера: основные составляющие
- •Системный блок
- •1.1. Корпус системного блока
- •Основные типы корпусов
- •1.2. Блок питания
- •Критерии визуальной оценки качества блока питания
- •1.3. Материнская плата
- •Интерфейсы и шины материнской платы
- •Подсистема памяти
- •Набор микросхем
- •Форм-фактор
- •1.4. Центральный процессор и система его охлаждения.
- •Производительность процессора и определяющие её параметры.
- •Количество операций за такт
- •Кэширование
- •Системная шина и шина памяти
- •Общие характеристики процессоров Сегментация процессоров
- •Разъём для установки
- •Охлаждение центрального процессора
- •Радиаторы
- •Вентиляторы
- •Тепловой интерфейс
- •Ведущие изготовители систем охлаждения цп
- •1.5. Оперативная память.
- •Основные типы оперативной памяти:
- •1.6. Накопители на жестких и гибких магнитных дисках
- •Дисководы (Floppy Disk Drive, fdd)
- •Жесткий диск (винчестер, Накопитель на жестких магнитных дисках)
- •Конструкция жесткого диска (рис. 4)
- •Современная классификация жестких дисков
- •Основные характеристики жестких дисков
- •Ведущие изготовители и их модельные ряды
- •1.7. Накопители на компакт-дисках
- •Записывающие накопители cd
- •Перезаписывающие накопители (cd-rw)
- •Видеокарта
- •Архитектура видеоадаптера
- •Интерфейсы и память
- •Основные характеристики видеокарт
- •Звуковая карта
- •Звуковые карты на шине pci
- •Встроенный в системную плату ас’97 кодек
- •Звуковые адаптеры и игры
- •Основные параметры и функции звуковых карт Разрядность и динамический диапазон
- •Отношение сигнал/шум
- •Частота дискретизации
- •10/100 Мбит/с Ethernet
- •1/10-Гбит/с Ethernet
- •Беспроводные сети
- •Виды tv-тюнеров
- •Комбинированные устройства
- •Внутренние устройства (платы расширения)
- •2. Мониторы.
- •Технологии и параметры
- •Размер экрана, размер точки и разрешение
- •Яркость, контрастность, угол обзора, цветопередача
- •Время отклика
- •Основные параметры мониторов
- •3. Клавиатура и мышь
- •Принцип действия клавиатуры
- •Состав клавиатуры
- •Принцип действия
- •Классификация мышей
- •Специальные манипуляторы
- •4. Периферийные устройства блока
- •4.1. Принтеры
- •Основные типы и принципы работы принтеров
- •Матричные игольчатые принтеры
- •Струйные принтеры
- •Лазерные и светодиодные принтеры
- •Основные характеристики принтеров
- •4.2. Модемы
- •К основным потребительским параметрам модемов относятся:
- •Классификация модемов
- •Внешние модемы
- •Внутренние модемы
- •Дополнительные функции модемов
- •Основные категории модемов:
- •4.3 Сканеры
- •Основные типы сканеров: Ручные
- •Глубина цвета
- •Динамический диапазон
- •Типы разрешения
- •Twain-модуль
- •Аппаратный интерфейс
- •Выбор разрешения при сканировании
- •4.4. Акустическая система
- •Назначение и конструкция
- •Современные системы могут состоять:
- •Оглавление введение 3
1.6. Накопители на жестких и гибких магнитных дисках
Накопители - это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от энергопитания) хранения больших объемов информации. Выражение «большие объемы» означает, что емкость накопителя в десятки и сотни раз превосходит емкость ОЗУ.
Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.
Привод представляет собой сочетание механизма считывания-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя. Носитель, являющийся средой хранения информации, по внешнему виду может быть дисковым либо ленточным; по принципу запоминания – магнитным, магнитооптическим, оптическим. Дисковый накопитель может иметь жесткую или гибкую основу.
Гибкие носители для магнитных накопителей в настоящее время выпускаются в виде дискет (флоппи-дисков).
Дисководы (Floppy Disk Drive, fdd)
Относятся к устройствам для долговременного хранения данных и являются старейшими устройствами компьютера, в качестве носителя информации применяются дискеты диаметром 3,5 дюйма (объем дискеты от 1,44 MB до 2,88 MB, в зависимости от типа дисковода и дискеты).
Дисковод состоит из четырёх основных элементов: рабочий двигатель, рабочие головки, шаговые двигатели, управляющая электроника.
Рабочий двигатель. Двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета. Обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты 300 об/мин. Для запуска двигателю необходимо в среднем 400 мс.
Рабочие головки. Дисковод оснащается двумя комбинированными головками (для чтения и записи каждая), которые располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Так как обычно дискеты двухсторонние, т. е. имеют две рабочие поверхности, то одна головка – предназначена для верхней, а другая головка для нижней рабочей поверхности дискеты.
Шаговые двигатели. Позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Двигатели перемещают головки над рабочей поверхностью для считывания данных.
Управляющая электроника. Электронные схемы размещаются в нижней части дисковода. Они выполняют функции передачи сигналов к контроллеру, т. е. отвечают за преобразование информации, которую считывают или записывают головки.
На данный момент дисководы морально и физически устарели, они не отвечают современным требованиям к накопителям информации, особенно к объёму переносимой информации. Современные производители компьютеров всё реже включают дисковод в базовую комплектацию.
Жесткий диск (винчестер, Накопитель на жестких магнитных дисках)
Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) – это устройство с несменным носителем. Его конструктивная схема сходна со схемой НГМД, но реализация отличается, и существенно.
Конструкция жесткого диска (рис. 4)
Н акопитель на жестких магнитных дисках (рис. 4) состоит из четырех главных элементов, каждый из которых вносит свой вклад в его общие характеристики: носителя (пакета дисковых пластин, вращающихся на одной оси), головок чтения-записи, позиционера (устройства, «наводящего» голов-
Рис. 4. Конструкция жесткого диска
ки на нужную дорожку) и контроллера, обеспечивающего согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между ним и компьютером. Данные хранятся на пластинах в виде концентрических дорожек, каждая из которых делится на секторы, содержащие данные (в подавляющем большинстве случаев размер сектора составляет 512 байт) и коды коррекции ошибок. Процесс такой разметки диска на секторы, состоящий в записи на его поверхность секторных меток и идентификационных номеров, и называется физическим или низкоуровневым форматированием. Количество секторов на дорожке в современных дисках варьируется в зависимости от длины дорожки, т. е. на внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше (так называемый метод зонно-битовой записи — zoned bit recording). Совокупность дорожек, находящихся под головками в определенном их положении на всех пластинах диска, называется цилиндром.
Пластины представляют собой диски из алюминиевого сплава или стеклообразного материала (стеклянные пластины получили в последнее время более широкое распространение), поверхность которых покрыта несколькими слоями магнитных и немагнитных материалов, защищенных сверху тонким слоем алмазоподобного графита. Размеры и ориентация частиц магнитного слоя определяют вместе с размерами зазора магнитной головки возможную плотность записи. Заметим, что поверхностная плотность записи имеет две составляющие — продольную (определяется размерами магнитных доменов, представляющих каждый бит одной дорожки) и поперечную (определяется расстоянием между соседними дорожками). Одно из последних достижений в увеличении плотности записи за счет уменьшения размеров магнитных частиц — разработанное IBM покрытие с антиферромагнитной связью (AFC, AntiFerromagnetically Coupled). Такое покрытие, неофициально называемое «пыльцой эльфов», состоит из двух магнитных слоев, «проложенных» тончайшим (его толщина составляет всего три атомных диаметра!) слоем парамагнитного металла рутения. В этом «сэндвиче» вместо одиночных магнитных доменов образуются магнитные пары с противоположно направленными векторами намагниченности, обеспечивающие повышенную стойкость к размагничиванию. Пластины укреплены на шпинделе двигателя, который вращает их с весьма высокими угловыми скоростями (до 15 тыс. об./мин).
Головка записи-чтения — ключевой элемент НЖМД. Ее чувствительность и величина магнитного зазора в большой степени определяют плотность записи накопителя. Головка «летит» над поверхностью вращающейся пластины на расстояниях порядка 10—15 нм. Расстояние от головки до магнитного слоя при этом заметно больше — до 30 нм. Защитный слой из алмазоподобного графита, наносимый на головку и пластины, обладает чрезвычайно высокими прочностью и гладкостью, так что «падение» головки на поверхность пластины в случае, например, непредвиденной остановки двигателя не приводит в современных накопителях к выходу их из строя, как это было в НЖМД первых поколений.
Позиционер (actuator) — «средство доставки» головок к нужному цилиндру диска. Понятно, что от скорости и точности его работы зависит как время доступа к данным, так и допустимое расстояние между дорожками, т. е. в конечном счете плотность записи. Кроме основных своих функций, позиционер в современных дисках служит еще и средством обеспечения надежности. Он должен вывести головки из зоны возможного соприкосновения с носителем в случае остановки основного двигателя, пропадания питания и других непредвиденных ситуаций.
Контроллер управляет всеми электронными и электромеханическими компонентами накопителя и содержит все необходимые для чтения и записи данных аналоговые и цифровые схемы. Он строится, как правило, на базе специализированного процессора, оснащенного буферной памятью для промежуточного хранения данных записи-чтения и ПЗУ или ППЗУ со встроенным программным обеспечением. Контроллер вместе с позиционером обеспечивают безопасность диска в случае пропадания питания или остановки двигателя, выводя головки из зоны возможного соприкосновения. Кроме того, контроллер обеспечивает перевод диска в режим экономии энергии при отсутствии обращений к нему в течение некоторого времени.