Персональні комп'ютери можуть об'єднуватися в мережі, що дозволяє багатьом користувачам легко обмінюватися інформацією.

Незважаючи на те, що існують комп'ютери різного класу і різного призначення, їх основні компоненти і принципи компонування несуттєво відрізняються між собою. Тому компоненти комп'ютера надалі будемо розглядати стосовно IBM-сумісних ПК. У них закладена можливість вдосконалення його окремих частин та використання нових пристроїв. Фірма IBM забезпечила можливість збирання IBM PC із незалежно виготовлених частин аналогічно дитячому конструктору. Фактично IBM PC став стандартом персонального комп'ютера.

Зараз такі комп'ютери складають більшість з усіх персональних комп'ютерів, що виробляються у світі.На основній електронній платі комп'ютера IBM PC (системній, або материнській платі) розміщені тільки ті блоки, які здійснюють обробку інформації (обчислення). Схеми, що керують рештою пристроїв комп'ютера - монітором, дисками, принтерами тощо, реалізовані на окремих платах. До цих електронних схем підводиться електроживлення з єдиного блока живлення, а для зручності та надійності все це розміщується в загальному корпусі - системному блоці. Завдяки відкритій архітектурі IBM PC користувачі можуть самостійно розширювати можливості своїх комп'ютерів, під'єднуючи відповідні пристрої у вільні розняття на системному блоці.

Функціонування комп'ютера потребує такого мінімального набору пристроїв:
- материнська плата (motherboard);
- центральний процесор (processor);
- пам'ять (storage);
- стандартний пристрій виведення - дисплей (display) чи монітор (monitor);
- пристрій, що з'єднує монітор з комп'ютером - відеокарта (video card));
- стандартний пристрій введення - клавіатура (keyboard);
- блок електроживлення (power supply).
Оскільки в сучасних операційних системах із графічним інтерфейсом багато операцій виконуються за допомогою «мишки» чи аналогічних їй пристроїв, то один з цих пристроїв також входить у мінімальний склад комп'ютера.

Материнська плата, яку називають також системною платою (system board), є пристроєм, що керує внутрішніми зв'язками і взаємодіє із зовнішніми пристроями. На материнській платі розміщуються всі основні елементи комп'ютера, лінії з'єднання і розняття для підключення інших пристроїв.
Центральний процесор безпосередньо обробляє інформацію і виконує функції керування роботою всього комп'ютера відповідно до заданої програми. Центральний процесор (надалі просто процесор) займає чільне місце в ієрархії пристроїв комп'ютера, будучи, з одного боку, найважливішим і найскладнішим його пристроєм, а з другого - визначальним щодо можливості конкретного комп'ютера обробляти дані.

Процесор - основна складова частина комп’ютера. Він здійснює опрацювання інформації введеної в комп’ютер. Інформація заздалегідь кодується за допомогою 0 та 1 і подається в процесор. Процесор виконує арифметичні операції ( + , - , • , : ), логічні операції (порівняння чисел або символів) та інші дії над кодами. Важлива характеристика процесора – швидкість виконання елементарних операцій (швидкодія).

Складові процесора:

АЛП – арифметико-логічний пристрій призначений для виконання логічних та арифметичних дій над інформацією.

ПК – пристрій керування призначений для керування усіма операціями по обробці інформації .

Пам’ять (запам’ятовуючий пристрій) призначена для зберігання інформації. Основною характеристикою пам’яті є її ємність, яку вимірюють в одиницях вимірювання пам’яті, найменшою одиницею є біт.

Можна виділити три рівні пам'яті комп'ютера: регістрову, внутрішню і зовнішню.
Регістрова пам'ять - найбільш швидкодіюча, але найменша за ємністю пам'ять (зазвичай декілька сот байтів). Регістрова пам'ять містить деякі системні дані (наприклад, адресу наступної команди, яку буде виконувати процесор), вихідні дані і результати виконання деяких команд процесора, а також часто використовувані в програмі дані.

Внутрішня пам’ять розташована на мікросхемах, а зовнішня – на гнучких магнітних дисках. В свою чергу внутрішня пам’ять ділиться на оперативно запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) і постійно запам’ятовуючий пристрій (ПЗП).

Для збільшення швидкості доступу до даних у комп'ютері використовується буферна і кеш-пам'ять.

Буферну пам 'ять використовують для збільшення швидкодії комп'ютера у разі обміну із зовнішніми пристроями. Оскільки швидкість доступу до зовнішнього пристрою значно нижча від швидкості оброблення даних у процесорі, процесор простоює, очікуючи закінчення введення-виведення. Щоб цього не відбувалося, фрагмент даних для читання попередньо зчитується з пристрою в буферну пам'ять. Для записування даних фрагмент даних спочатку передається в буферну пам'ять, а потім з буферної пам'яті на пристрій. Збільшення швидкодії відбувається за рахунок того, що обмін між буферною пам'яттю і зовнішнім пристроєм виконується без участі процесора (він у цей час може виконувати інші процеси). Буферна пам'ять реалізується або апаратно в електронній схемі пристрою введення-виведення, або програмно в оперативній пам'яті комп'ютера.

Кеш-пам 'ять (від cache - притулок, склад), крім функції буферизації, зберігає найчастіше використовувані дані або ті дані, до яких недавно відбувалося звернення.

Монітор забезпечує виведення даних для користувача в текстовому і графічному вигляді.

Клавіатура призначена для введення текстової інформації в комп'ютер та для переміщення текстового курсору.

Блок живлення перетворює напругу електромережі в напругу живлення. Він містить проводи з розняттями для підключення різних пристроїв.

Поряд з основним набором пристроїв комп'ютер, залежно від складу розв'язуваних на ньому задач, містить також додаткові пристрої: принтери, сканери, звукові карти, акустичні системи, мікрофони, модеми і т. ін.

Материнська плата

Материнська плата - це основний пристрій комп'ютера, що передусім визначає його продуктивність.

Материнська плата містить такі основні компоненти (рис.1):

- шини;
- базову систему введення-виведення - BIOS;
- кеш-пам'ять;
- системні ресурси.

Рис. 1. Основні компоненти материнської плати:

1 - розняття РСІ; 2 - розняття AGP; З - розняття зовнішніх пристроїв;
4 – двопозиційний перемикач; 5 - гніздо центрального процесора; 6-головний (північний) міст; 7 - розняття оперативної пам 'яті; 8 - контролер Super I/O; 9 -розняття Floppy Disk; 10 - розняття електроживлення; 11 – розняття АТА; 12 - містАТА/PCI/USB (південний міст); 13 - розняття SerialATA; 14 - BIOS; 15 - батарейка; 16 - контролер IEEE 1394 (FireWire)

Компоненти материнської плати можна поділити на чотири групи (рис.2):

1) набір мікросхем;
2) додаткові компоненти;
3) розняття для вмикання пристроїв;
4) допоміжні (сервісні) блоки і вузли.

Рис. 2. Розняття материнської плати для підключення зовнішніх пристроїв:
1 - порт PS/2 (клавіатура); 2 - порт PS/2 («мишка»); З - паралельний порт; 4 - порт IEEE 1394 (FireWire); 5 - порти USB; 6 - послідовні порти

Центральний процесор

Процесор - це пристрій, що поєднує виконання арифметичних і логічних операцій, пов'язаних з керуванням роботою комп'ютера чи його окремих пристроїв.
Центральні процесори для IBM-сумісних настільних комп'ютерів виготовляють фірми Intel, AMD і VIA (рис.3).

Перший процесор Intel - Intel 4004 (1971 p.) був чотирирозрядним процесором з тактовою частотою 400...800 кГц. Він містив 2300 транзисторів і адресував пам'ять ємністю до 640 байт. Цей процесор використовувався в калькуляторах.

Новим етапом у проектуванні і виробництві процесорів став процесор Pentium (1993 p.). Тепер виготовляють тільки процесори сім'ї Pentium IV. Тактова частота першої моделі Pentium становила 66 МГц; частоту останніх моделей Pentium IV збільшено до 3,4 ГГц, а кількість транзисторів -з 3,1 до 178 млн. У процесорах сім'ї Pentium використовується 64-розрядна шина даних; ємність адресованої пам'яті збільшилася до 64 Гбайт.

Відгалуженнями від процесорів сім'ї Pentium стали процесори сім'ї Хеоn, призначені для багатопроцесорних серверів. Перший процесор цієї сім'ї Pentium II Хеоn (1998 р.) містив 7,5 млн транзисторів і працював з тактовою частотою 100 МГц. Остання модель Pentium Хеоn МР (2004 р.) містить 169 млн транзисторів і працює з тактовою частотою 3 ГГц.

Іншим відгалуженням процесорів сім'ї Pentium стали процесори сім'ї Celeron, що являють собою спрощений і, отже, більш дешевий варіант процесорів Pentium. Перша модель процесора цієї сім'ї (1998 р.) працювала з тактовою частотою 266 МГц і містила 7,5 млн. транзисторів, а остання модель працює з тактовою частотою 2,8 ГГц.

Крім цього, фірма Intel розробила процесор Pentium M (2003 р.) зі зниженим споживанням енергії, що містить 77 млн. транзисторів і працює з тактовою частотою до 1,4 ГГц. Цей процесор спеціально призначено для портативних комп'ютерів.

У 2004 р. випущено перший процесор Pentium IV на основі 0,09-мікронної технології.

Процесори AMD - це простіші і дешевші аналоги (клони) процесорів фірми Intel. Останнім часом набули поширення багатопроцесорні комп'ютери, тобто комп'ютери, які містять кілька процесорів (зазвичай це потужні сервери).
Багатопроцесорна система найбільш ефективна у випадках, коли вона використовується багатозадачними операційними системами і прикладними програмами, створеними за допомогою спеціальних засобів, що дозволяють виконувати паралельне оброблення даних. У процесі одночасної роботи декількох процесорів операційна система розподіляє різні задачі між процесорами.
Ступінь інтеграції будь-якої мікросхеми, зокрема процесора, показує, скільки транзисторів уміщується в ній.

Одна з основних характеристик процесора - кількість бітів, яку він може обробляти одночасно - внутрішня розрядність.

Найважливіші характеристики процесора – тактова частота.
Продуктивність процесорів сучасних комп'ютерів становить від декількох мільйонів до декількох мільярдів операцій за секунду.

Ємність пам'яті. Максимальна ємність пам'яті сучасних комп'ютерів дорівнює 64 Гбайт і більше.

Внутрішня пам'ять
Внутрішня пам’ять розташована на мікросхемах, а зовнішня – на гнучких магнітних дисках. В свою чергу внутрішня пам’ять ділиться на оперативно запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) і постійно запам’ятовуючий пристрій (ПЗП).
ОЗП (оперативна пам’ять) – призначений для зберігання інформації під час роботи комп’ютера. Саме з цього пристрою процесор бере програми і вхідні дані для обробки, а також записує туди отримані результати. ОЗП працює дуже швидко, але всі дані, які містяться в ньому зберігаються тільки до тих пір поки включений комп’ютер. При вимиканні комп’ютера інформація в ОЗП знищується. ОЗП є пристроєм як зчитування, так і запису інформації. За висловлюванням відомого програміста П.Нортона, оперативна пам’ять – це чернетка, куди тимчасово записуються програми, дані і результати обробки (напівфабрикати).

ПЗП (постійна пам’ять) – призначений для того, щоб комп’ютер міг розпочати роботу та виконувати усі дії. В цьому пристрої зберігаються програми для перевірки обладнання комп’ютера, ініціалізації завантаження операційної системи та ін. Інформація в ПЗП записується під час виготовлення комп’ютера і залишається там назавжди. ПЗП є пристроєм тільки зчитування інформації.

Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять чи зовнішні запам'ятовуючі пристрої використовуються для довгострокового зберігання інформації. Обсяги даних, збережені в таких пристроях, в 1000 разів перевищують ємність оперативної (внутрішньої) пам'яті комп'ютера.

Пристрої зовнішньої пам'яті поділяють на такі основні групи:
- дисководи гнучких магнітних дисків (FDD - Floppy Disk Drives);
- дисководи жорстких дисків (HDD - Hard Disk Drives);
- пристрої зчитування-записування на магнітну стрічку;
- магнітооптичні дисководи (magneto-optical drives);
- оптичні дисководи (optical drives);
- пристрої зовнішньої Flash-пам'яті.

Дисководи FDD (Floppy Disk Drives - дисководи гнучких магнітних дисків) використовують дискети розміром 3,5 дюйма (часто використовується запис 3,5"). Гнучкий магнітний диск ємністю 1,44 Мбайт поміщено у жорсткий пластмасовий корпус (рис. 4). Виріз у корпусі для доступу до дискети у звичайному стані закритий пересувною металевою чи пластмасовою шторкою. Для заборони записування на дискету передбачено вікно захисту (у закритому стані записування на дискету блокується). Для звернення до дискети використовують латинське позначення А:.

Рис. 4. Дискета 3,5" емпістю 1,44 Мбайт: 1 - вікно захисту
від записування; 2 - отвір на дискеті 1,44 Мбайт;
3 - отвір для доступу до магнітного диска; 4 - ковзна шторка;
5 - пристосування для затиску під час обертання дискети

Дані на гнучкому диску розміщуються на концентричних доріжках (рис. 5). У свою чергу, кожна з доріжок розбивається на рівні ділянки - сектори.

Рис. 5. Структура гнучкого магнітного диска: 1 - сектор; 2 – доріжка

Дисководи жорстких магнітних дисків (рис.6). Сьогодні випускаються декілька десятків типів дисководів жорстких дисків - HDD (Hard Disk Drives), які називають також вінчестерами. Однак принципи функціонування більшості дисководів однакові.

Накопичувач на жорсткому магнітному диску призначений для постійного зберігання тієї інформації, яка більш або менш часто використовується в роботі комп’ютера. Жорсткі магнітні диски називають вінчестерами. Це металеві диски покриті шаром магнітної речовини. Ємність таких дисків при тих самих розмірах що й дискета приблизно в 100 разів більша. Сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках мають ємність від 300 Мбайт до кількох Гбайт.

Жорсткі диски дуже чутливі, тому їх зберігають у закритих корпусах. Наявність такого диска значно підвищує зручність роботи з комп’ютером.

Вінчестери, як правило, не знімаються. Фізичного доступу до них немає. Їх переваги порівняно з дискетами полягають у тому, що вони зберігають величезні об’єми інформації. Як правило, сучасні ПК із декількома жорсткими дисками. Для звернення до вінчестера використовують латинські позначення С: D: Е:.

Пристрої зчитування-записування даних на магнітну стрічку. Пристрої зчитування-записування на магнітну стрічку, на відміну від дисководів гнучких і жорстких дисків та CD і DVD, не набули поширення. Проте ці пристрої використовують для забезпечення цілісності даних у разі можливих порушень апаратного чи програмного забезпечення, для оперативного архівування чи відновлення даних. Вони є обов'язковим компонентом потужних комп'ютерів, у яких зберігаються великі обсяги спільно використовуваних даних, що в разі їх псування чи руйнування потребують великих витрат на відновлення.

Магнітооптичні диски. Магнітооптичну технологію розробила фірма IBM на початку 70-х років минулого століття. На відміну від магнітних дисків і дискет дані на магнітооптичний диск записуються по спіралі, тобто диск має одну доріжку, розбиту на сектори однакового розміру. Усі магнітооптичні диски знімні.
Магнітооптичні диски можуть мати один із двох розмірів: 3,5 і 5,25 дюйма. Ємність магнітооптичного диска залежить від його форм-фактора. Для дисків з форм-фактором 3,5 дюйма значення ємностей дисків становлять 128, 230, 540, 640 Мбайт, 1,3 і 2,3 Гбайт. Для дисководів 5,25 дюйма ємність дисків залежить від щільності записування, що може дорівнювати 1024 чи 2048 байт/сектор.
Оптичні диски. Як оптичну зовнішню пам'ять комп'ютера використовують два види носіїв: компакт-диски і DVD-диски.

Компакт-диски, названі також дисками CD використовують для записування аудіоданих у цифровому вигляді та програють на спеціальних пристроях - плеєрах CD. Аналогічно диски DVD використовують для записування відеоданих (здебільшого фільмів), вони зчитуються на плеєрах DVD, підключених до телевізора.

Поступово спочатку диски CD, а потім і DVD-диски стали використовувати в комп'ютерах, причому не тільки для відтворення аудіо- і відео-даних, але і як зовнішню пам'ять для зберігання текстових та графічних даних, програм і т. ін. Незважаючи на різне походження технології зчитування і записування на диски CD і диски DVD багато в чому подібні, тому далі під оптичними дисками будемо розуміти обидва види цих носіїв.

Оптичний диск характеризується своїм типом (CD-диск чи DVD-диск) і ємністю. Ємність диска визначають за його типом і розміром (діаметром). Тепер випускаються оптичні диски діаметром 120 мм (4,7 дюйма) і 80 мм (3,1 дюйма).
CD-диски розміром 120 мм мають ємність 650, 700 Мбайт і т.д., а диски розміром 80 мм - ємність 185 Мбайт і т.д..

Flash-пам'ять
Останнім часом Flash-пам'ять стали використовувати не тільки як внутрішню пам'ять, але і як зовнішню, підключену до комп'ютера по інтерфейсу USB. Перевага цього інтерфейсу полягає в тому, що пристрій можна вмикати і вимикати без перезавантаження комп'ютера.

Пристрій Flash-пам'яті містить такі компоненти (рис.7):

- одну чи кілька мікросхем;
- контролер, що керує доступом до мікросхем Flash-пам'яті;
- адаптер USB.

Пристрої Flash-пам'яті мають невеликі розміри і найрізноманітніші форми корпусів (пластмасові чи алюмінієві) (рис.8). Звичайний пристрій має індикатор, що загоряється під час доступу до даних, та перемикач, що дозволяє чи забороняє записування у пам'ять. Крім того, деякі пристрої мають перемикач, що дозволяє чи забороняє зчитування даних без використання пароля. Пристрій Flash-пам'яті можна використовувати як завантажувальний пристрій.

Основні характеристики зовнішньої Flash-пам'яті такі:
- ємність;
- швидкість передавання даних;
- надійність.
Ємність Flash-пам'яті має одне з таких значень: 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 і т.д. Гбайт.
Максимальна швидкість передавання даних для пристроїв Flash-пам'яті досягає 1,5 Мбайт/с і 50...60 Мбайт/с і т.д. .
Пристрої Flash-пам'яті мають такі показники надійності: час зберігання даних - до 10 років, кількість циклів перезаписування - до 1 млн.

Основні елементи комп’ютера

Системний блок - «серце» комп’ютера і його «мозок», з яким з’єднані кабелями всі пристрої.
У системному блоці знаходиться:
- процесор, який виконує усі операції і дії над кодами;
- оперативна пам’ять, призначена для тимчасового зберігання програм і даних, а також для постійного зберігання вмонтованого блоку операційної системи;
- лічильник часу, функціонує незалежно від того, чи включений комп’ютер чи ні;
- електронні схеми, які управляють елементами комп’ютера;
- накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках.
Сучасний ПК містить дисковод для компакт-дисків, USB-порти, звукові карти, відеоплати та ін.
За своєю конструкцією системні блоки бувають двох видів:
- тауер (вертикальне положення);
- стандартний (горизонтальне положення).

Монітор та відеокарта

Два основні компоненти відеосистеми ПК - монітор і відеокарта.
Монітор (дисплей) — пристрій, який призначений для зорового виводу на екран текстової і графічної інформації, (обов'язковий пристрій ПК).
Виведені на екран монітора зображення є растровими, тобто являють собою прямокутну матрицю точок, названих пікселями.
Тепер для ПК використовують три основні типи моніторів:
- CRT-монітори (рис.9, а);
- LCD-монітори (рис.9, б);
- плазмові монітори (рис.9, в).

CRT-монітори. Монітори на основі електронно-променевої трубки.
Електронно-променева трубка (рис. 10) - це скляна трубка, що нагадує велику колбу з пробкою без повітря усередині.

Рис.10. CRT-монітор: І - скляна трубка; 2-маска;
З - піксель; 4 - електронний пучок; 5 - екран з люмінофором;
6 - електронні гармати; 7 - відхильна система

Рідкокристалічні монітори. Рідкокристалічний монітор, чи LCD-монітор містить такі самі компоненти, що й CRT-монітор, однак формують пікселі зображення не пучки електронів, а рідкі кристали. Ці речовини названі так тому, що вони зазвичай знаходяться в рідкому стані, але при цьому мають властивості кристалічних тіл.

Екран LCD-монітора являє собою масив малих сегментів (пікселів), використовуваних для формування зображення. LCD-монітор має кілька шарів (рис.11).

Рис.11. LCD-монітор: І - скляна пластина;
2 - фільтр-поляризатор; 3 - рідкі кристали; 4 - горизонтальний
електрод; 5 – джерело світла; 6 - вертикальний електрод

Плазмові монітори. У плазмових моніторах формування зображення базується на використанні електричного розряду в плазмі (рис.12).
Основними характеристиками усіх моніторів є:
- розмір екрана по діагоналі;
- роздільна здатність;
- частота регенерації;
- відповідність стандартам ТСО.

Діагоналлю екрана монітора, як і телевізора, називають відстань між лівим нижнім і правим верхнім кутами екрана. Цю відстань вимірюють у дюймах. Стандартні монітори ПК - це монітори з діагоналями 15" і 17". Для професійної роботи з графікою використовують монітори з діагоналями 19", 21" чи 22".
Найбільші розміри (70" і більше) мають плазмові монітори.

Сучасні монітори забезпечують мінімальну роздільну здатність 800×600 пікселів (CRT-монітори - 1280×1024 пікселів і більше). LCD-монітори і плазмові монітори мають одну роздільну здатність, названу «рідною» {native), що відповідає максимальній фізичній роздільній здатності CRT-моніторів.

Частоту повторення кадрів часто називають частотою регенерації. Око людини сприймає зміну зображень як рухоме зображення в тому разі, коли частота зміни зображень не нижча за 20...25 Гц (тому в телебаченні використовують саме ці частоти). Однак для роботи з монітором на близькій відстані до екрана таких частот недостатньо, оскільки чим вища частота кадрів, тим стійкіше зображення.
Істотні характеристики для роботи з моніторами - ергономічні характеристики і характеристики безпеки. Ці характеристики для пристроїв комп'ютера визначаються стандартами ТСО, розробленими Шведською конфедерацією професійних службовців. 3 1998 p. усі роботи зі стандартизації виконуються компанією ТСО Development, спеціально створеною конфедерацією для цієї мети. Стандарти ТСО визначають вимоги до моніторів за такими напрямами: ергономіка (ergonomics), випромінювання (emissions), енергія (energy) і екологія (ecology). Відповідність монітора стандарту ТСО засвідчується наклейкою з логотипом ТСО.
Відеокарти. Відеокарта, чи відеоадаптер здійснює безпосереднє керування монітором. Вона передає керувальні сигнали електронній схемі монітора, тобто контролює процес формування зображення на екрані.