В этой статье мы поговорим о наиболее популярных компонентах компьютера, таких как блок питания, материнская плата,  центральный процессор, память. Какие функции они выполняют, как продлить их работоспособность, чего следует избегать.

Блок питания

Блок (или источник) питания смонтирован, как правило, в корпусе системного блока, при этом мощность источника питания должна пол­ностью или даже с избытком обеспечивать энергопотребление всех под­ключенных к нему устройств. Чем больше устройств может быть установлено в системный блок, тем большую мощность дол­жен иметь источник питания. В среднем мощность блоков питания колеблется от 100 до 300 Вт. Однако монитор име­ет собственный встроенный блок питания. В последнее время появились так называ­емые «зеленые» компьютеры, которые отвечают самым же­стким экологическим требо­ваниям, и их блоки питания имеют мощность, не превы­шающую 70-75 Вт.

На задней стенке корпуса компьютера расположены один или два охлаждающих вентилятора, переключатель напряжения сети (220-120 В), общий сетевой разъем, сетевой разъем для подключения монитора, кабели питания с разъемами для системной платы и накопителей. Боль­шинство электронных компонентов компьютера требует напряжения питания «+ 5 В», двигатели накопителей «+12 В», некоторые устройства — «- 5 В» и «-12 В». Для подключения к системной плате обычно исполь­зуются два 6-контактных разъема (реже — один общий). Для питания на­копителей предназначены 4-контактные разъемы: два контакта «Земля» (черные проводники) и два контакта соответственно «+5 В» и «+12 В» (красный и желтый проводники).

Существующая статистика говорит о том, что более 75% случаев по­тери информации, 65%  случаев выхода из строя электронного оборудования происходят по причинам, связанными со сбоями в электропитании. На­рушения в электропитании можно условно разделить на следующие ка­тегории:

• полное отключение питания.

Приводит к потере данных, находящихся в ОЗУ, на «виртуальных» дисках и в кэш-памяти. При работе в сети воз­можно разрушение таблиц размещения файлов на диске. Может произой­ти также повреждение электронных компонентов компьютера.

• кратковременные провалы напряжения.

Причиной обычно бывает включение мощных потребителей энергии — лифтов, компрессоров, хо­лодильных машин, кондиционеров, обогревателей и т. д. Может выз­вать сбой прикладной программы, «зависание» системы и, как следствие, потерю данных.

 Повышение напряжения сети могут иметь еще более значимые последствия для компьютера — повреждение электрон­ных компонентов и преждевременный выход их из строя.

Материнская плата

Системную плату иногда называют материнской (Matherboard либо Mainboard), а дополнительные платы — дочерними. Функциональные устройства, расположенные на дочерних платах, обычно именуют контролле­рами или адаптерами, а сами дочерние платы — платами расширения. Для обеспечения надежного соединения разъемы расширения на системной плате, в которые вставляются дочер­ние платы, имеют позолоченные кон­такты. Печатные разъемы на дочер­них платах также золотятся. В сред­нем материнские платы имеют 5-6 разъемов (слотов) расширения.

Основными устройствами, расположенными на материнской плате, являются микропроцессор, оперативная память, системный BIOS, кон­троллер клавиатуры, кварцевые осцилляторы, а также набор вспомога­тельных микросхем. Кроме того, на материнской плате расположены ак­кумулятор для поддержания работы энергонезависимой памяти, разъе­мы расширения и питания, а также разъем для подключения клавиатуры. В зависимости от типа микропроцессора на ней также могут находиться специальные гнезда для установки микросхем математического сопро­цессора или процессора Overdrive, а также кеш-памяти. Для подключе­ния индикаторов, кнопок и динамика, расположенных на корпусе сис­темного блока, на материнской плате имеются специальные миниатюр­ные разъемы-вилки. Подобные разъемы служат как перемычки (Djampers) для изменения конфигурации системы. Такие установки мо­гут, например, определять тип базового микропроцессора, режим рабо­ты сопроцессора, размер кеш-памяти и т. д.

Материнская плата обычно крепится к корпусу системного блока всего двумя винтами. Для устойчивости в корпусе на платах устанавли­ваются пластмассовые крепления, которые изолируют сигнальные про­водники от металлического шасси.

Центральный процессор

Микропроцессор  является основным компонентом, «моз­гом» компьютера и определяет все основные его характеристики — коли­чество адресуемой памяти и быстродействие. Еще год назад в этом месте пришлось бы описывать массу процессоров различных типов. От 286 до Pentium. Однако сегодня ситуация значительно упростилась - все процессоры ниже Pentium — 166 уже сня­ты с производства.

Плата микропроцессора устанавливается в соответ­ствующее гнездо на мате­ринской плате. Для охлаж­дения микропроцессора сверху устанавливается микровентилятор (Cooler).

Память

Память — это устройство для хранения информации. В компьютере используются три различных вида таких устройств — оперативная па­мять или память с произвольной выборкой (RAM — Random Access Memory), постоянная память (ROM — Reed Only Memory) и внешняя па­мять на магнитных или оптических носителях (CD-ROM — Compact Disc Only Memory).

Функционально-оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — это временное «хранилище» информации. Доступ в это хранилище очень быстрый — «оперативный». ОЗУ разбито на отдельные ячейки — поме­щенную туда информацию можно считывать сколько угодно раз. Для изменения содержания ячейки туда просто засылается другая информа­ция (аналог режима «наложения» в редакторе), которая хранится там до следующего изменения, до выключения ПК или до сбоя энергопитания. Таким образом, ОЗУ — это энергозависимая память. Каждая ячейка ОЗУ имеет свой уникальный код или адрес, и запись или считывание инфор­мации, содержащейся в ячейке, осуществляется именно по этому адресу. Для понимания сущности ОЗУ его можно условно рассматривать как «длинную строку», каждый элемент которой имеет свой адрес — поряд­ковый номер от начала строки. Обратиться к ячейке — это значит ука­зать ее «абсолютное» местоположение.

Другой метафорой ОЗУ может служить таблица, где адрес ячейки задается номером строки и номером столбца. Если, например, указать сначала номер строки, то номер столбца принято называть смещением (относительно начала сроки).

Таким образом, адресация — это способ доступа к конкретным ячей­кам памяти, указанием их «абсолютного» местоположения либо отно­сительного смещения.

В ранних моделях ПК ОЗУ было сравнительно небольшим, поэтому в процессе работы часть данных, необрабатываемых в данный момент времени, «выгружалась» из ОЗУ на диск, емкость которого значительно больше ОЗУ, и при дальнейшей работе снова загружалась в ОЗУ и об­рабатывалась. Этот процесс называется «своппингом». Поскольку диск, несмотря на быстрый доступ к нему, все же является электромеханичес­ким устройством, то «своппинг» замедляет работу ПК, хотя и обеспечи­вает обработку данных, по своему объему превышающих возможности ОЗУ. Следует также отметить, что помимо программы и данных в ОЗУ практически всегда присутствуют другие программы или их фрагмен­ты, неимеющие прямого отношения к работающей программе. Это так называемые «резидентные» части ОС, программы-оболочки, драйверы внешних устройств (например — клавиатуры, принтера) и т.д.

Во время работы процессора адрес ячейки, в которую нужно записать информацию или ее считать, формируется или содержится тоже в ячейке, но уже в «сверхбыстрой», но небольшой памяти процессора. Размер адре­суемой памяти (ОЗУ) и объем ячейки, в которой можно сформировать адрес любой «отдельной» ячейки ОЗУ, тесно взаимосвязаны. Так, если ячейка памяти процессора имеет объем 2 байта, то максимальный адрес (предел адресуемой памяти) может быть 256 х 256 = 65536 байтов.

Элементы оперативной или динамической памяти для персональных компьютеров реализуются в виде модулей памяти SIMM (Single In Line Memory Module). Модуль памяти конструктивно представляет собой узкую текстолитовую плату с печатным монтажом и «ножевыми» 72-контактными разъемами. Объем памяти на одной плате может состав­лять 1 Мбайт, 4 Мбайт или 16 Мбайт. В настоящее время все чаще ис­пользуются модули DIMM, имеющие 168 контактов. Они отличаются существенно меньшим временем доступа .

На материнской плате устанавливаются несколько свободных разъе­мов и, при необходимости, можно без особого труда установить допол­нительные модули памяти.

Два основных параметра памяти представляют наибольший интерес для пользователя — информационная емкость и время выборки, т.е. быст­родействие. Платы оперативной памяти делятся на несколько банков и могут отличаться в зависимости от конструкции системной платы и при­водятся в ее технической документации.

Логическая организация памяти современных персональных компью­теров достаточно сложна и включает в себя несколько различных уровней. Стандартная или конвенциональная память (conventional memory) во всех IBM-совместимых компьютерах имеет стандартный размер -640 Кбайт. Затем следует зона так называемой «верхней» памяти (UMB -Upper Memory Blocks) размером в 384 Кбайта.

Часть обычной стандартной области ОЗУ используется для хране­ния резидентной части операционной системы, драйверов периферий­ных устройств. Но основное ее назначение — загрузка в нее исполняемых программ.

Область «верхней» памяти изначально предназначалась для загруз­ки в нее служебных программ различных устройств. Однако бурное раз­витие программных средств требовало все большего увеличения разме­ров оперативной памяти компьютера для размещения в ней приклад­ных программ. Трудность заключалась в том, что центральный процессор принципиально не может адресоваться к адресам памяти, ле­жащим выше одного Мбайта. Так уж исторически сложилось.

Когда 640 Кбайт стандартной памяти стало явно не хватать для раз­мещения в ней все более мощных прикладных программ, была реализо­вана идея разгрузить часть этой области памяти от служебных программ за счет перемещения их в зону «верхней» памяти. Дело в том, что 384 Кбайта «верхней» памяти, отведенные для загрузки служебных программ, почти никогда не бывают полностью заняты ими. Драйвер Himem.sys является диспетчером памяти и позволяет загрузить резидентную часть операционной системы в «верхние» свободные адреса оперативной па­мяти. После этого туда (если еще осталось место) можно загрузить и драйверы периферийных устройств (мыши, клавиатуры и т.д.). Драйвер Himem.sys позволяет сэкономить несколько десятков килобайт этой дра­гоценной памяти для размещения в ней прикладных программ.

Конечно, многие программы «хитрят» и, в случае, если целиком не помещаются в оперативной памяти компьютера, создают для себя вре­менные файлы на жестком диске и размещают там необходимые дан­ные. Обычно пользователь даже не догадывается об их существовании, поскольку при нормальном завершении программы они уничтожаются. Но если мы случайно выключим компьютер, находясь в прикладной программе, например, в Лексиконе, то, включив компьютер на следую­щий день, обнаружим появление незнакомых файлов с расширением *.tmp (сокращение от temporary — временный). Чаще всего они пустые.

Но обращение к диску занимает намного больше времени, чем рабо­та в оперативной памяти, поэтому такие программы будут работать зна­чительно медленнее. Кроме того, некоторые программы просто не уме­ют этого делать, и если им не хватает оперативной памяти, просто выво­дят на экран сообщение об ошибке. С переходом на графические операционные оболочки Windows эти десятки мегабайт все равно не могли выручить. Необходимо было уве­личивать емкость ОЗУ в несколько раз, но центральный процессор по принципиальным причинам может обращаться лишь к данным, храня­щимся в адресах ниже 1 Мбайта. Чтобы преодолеть эту трудность, был придуман следующий интересный ход — в области «верхней» памяти выделяется свободное «окно» размером 64 Кбайт. Оно используется для переадресовки запросов процессора на огромную область дополнитель­ной памяти, если она, конечно, установлена на компьютере.

Таким образом, можно почти до бесконечности расширять оператив­ную память компьютера — были бы деньги на покупку микросхем памя­ти, свободные слоты расширения на материнской плате, и драйвер Himem.sys. Он является диспетчером памяти и осуществляет пересылку запросов процессора в зону расширенной памяти. На самом деле все осу­ществляется значительно сложнее, но для пользователя эти сложности совершенно незаметны.

Современные аппаратно-программные средства позволяют адресо­вать до 4 Гбайта оперативной памяти. Эти возможности реализуются обычно только в специализированных компьютерах — мощных сетевых файл-серверах, графических станциях и т.д. Обычные приложения рас­считаны на использование до 32 Мбайт памяти.

Кэш-память является специфической разновидностью оперативной памяти компьютера. Ее появление связано с необходимостью согласо­вания скорости работы сравнительно медленных устройств, каким яв­ляется ОЗУ, и еще более медленных накопителей на магнитных дисках с очень быстрым центральным процессором. Чтобы ему не приходилось ждать, пока данные будут переданы, кэш-память является своеобразным буфером между этими устройствами и позволяет значительно увеличить скорость обмена данными. Кроме того, кэш хранит программы и дан­ные, которые наиболее часто используются процессором, и оперативно выдает их для обработки, не дожидаясь, когда они будут загружены с медленных накопителей на магнитных дисках.

Физически внешняя кэш-память также реализуется в виде микросхем на платах, которые вставляются в соответствующие слоты на материнс­кой плате. В настоящее время на большинство компьютеров устанавли­вается кэш-память емкостью 512 Кбайт.

Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство) обычно выполнена в виде микросхемы, запаянной в материнскую плату и не подлежит замене. Информация, записанная в ПЗУ, не может быть изменена пользователем, что хорошо отражено в английском варианте ее названия — Read Only Memory — память только для чтения. В этой  памяти хранятся программы тестирования основных узлов компьюте­ра, инициирования загрузки операционной системы и обслуживания операций по вводу и выводу данных. Эти программы как бы постоянно «зашиты» в ПЗУ.

Энергонезависимая память (SETUP) хранит установки, определяю­щие конфигурацию компьютера и основные параметры обмена между центральным процессором и периферийными устройствами. Эти пара­метры могут устанавливаться автоматически, либо «вручную» по жела­нию пользователя. При выключении питания установки сохраняются за счет аккумулятора, установленного на системной плате.