ПРОЕКТНАЯ РАБОТА
на тему:
“Компьютер в современной жизни человека и его устройство”
Выполнил:
Учащийся 11 класса
Шкурко Александр
Руководитель:
учитель информатики и математики
Ануфриева Анна Ивановна
Проектная работа защищена с оценкой:________________________________
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...................................................3
РАЗДЕЛ 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКТУЮЩИХ.............4
1.1 Основные понятия и термины................................4
1.2 Центральный процессор.................................... 5
1.3 Графический процессор.....................................8
1.4 Материнская плата......................................... 9
1.5 Оперативная память........................................10
1.6 Жёсткие диски и SSD.......................................11
1.7 Блок питания..............................................13
1.8 Корпус компьютера........................................14
1.9 Монитор.................................................. 15
1.10 Звуковые карты..................................... 16
1.11 Сетевые карты........................................... 16
1.12 Клавиатура и мышь...................................... 17
РАЗДЕЛ 2 “КОНФИГУРАЦИИ КОМПЬЮТЕРОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ”.........................................18
2.1 Сборки ПК................................................18
2.2 Физическая сборка..........................................22
2.3 Задачи компьютера и проводимые с ним операции...........23
2.4 Программа по рекомендации комплектующих................24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................25
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы: На данный момент, Персональный Компьютер является неотъемлемой частью нашей работы и повседневной жизни. Данная тема будет актуальна до тех пор, пока компьютеру не будет найден более усовершенствованный аналог.
Цель проекта: Выяснить, является ли самостоятельная сборка Персонального Компьютера необходимостью.
Задачи проекта: Изучить принципы работы комплектующих ПК, сформулировать основные определения, установить выгодную стоимость каждого комплектующего.
Этапы работы:
1. Поисковый
2. Аналитический
3. Практический
4. Презентационный
5. Контрольный
Методы:
· Изучение источников информации
· Наблюдение
· Эксперимент
РАЗДЕЛ I «Определения комплектующих»
Основные понятия и термины
ПСП (Пропускная Способность Памяти) - характеристика памяти, прямо влияющая на производительность. Выражается как произведение частоты системной шины на объём данных за такт. Одна лишь частота, однако, не является единственным показателем, определяемым ПСП. Не менее важны тип памяти (подробнее в разделе “Оперативная Память”) и тайминги (для центральных процессоров, у которых отсутствует кэш L3)
Пиковый показатель вычисляется по формуле
B=f*c*y, где B- Пропускная способность, f - частота передачи, c - разрядность шины, y - кол-во каналов.
На примере оперативной памяти с 800 МГц, с 2-мя каналами, скорость передачи данных будет равна
(800*64*2)/8=12800 Мбайт (деление на 8 было произведено для переведения из Mбит/с в Мбайт/c).
Кэш, упрощённо - сверхскоростная память, с крайне малым объёмом.
В центральном процессоре делится на несколько уровней (L1, L2, - реже L3, L4 - в серверных ЦП). Чем “ниже” уровень - тем больше объёма данных он может вместить, однако вследствие этого он начинает уступать в скорости обмена данными.
Память - система, обеспечивающее временное, или постоянное хранение данных в ограниченном объёме, с которыми в дальнейшем можно проводить операции.
Производительность системы - параметр, определяющийся совокупностью характеристик компьютерных комплектующих.
Разгон - поднятие частоты процессора (или чипов оперативной памяти) с помощью BIOS, или любого иного ПО (например, MSI Afterburner позволяет увеличить как тактовую частоту ГП, так и частоту видеопамяти). При достижении слишком больших показателей, возможно повреждение комплектующего.
Центральный процессор
Центральный процессор (англ. CPU) - Интегральная схема/электронный блок, занимающийся, в основном, логическими операциями и вычислениями. Его основными характеристиками являются:
· Количество физических ядер
· Наличие технологии Hyper-Threading, или ей подобная
· Тактовая частота процессора
· Техпроцесс.
· Поколение процессора
· Производитель процессора
· Тепловыделение
· Цена процессора
· Кэш
· Поддержка встроенного графического решения
Техпроцесс - размер транзисторов в кристалле ЦП. Чем он меньше - тем больше транзисторов можно вместить, тем ниже электропотребление и тем ниже тепловыделение. Тепловыделение - характеристика процессора, в результате работы которого выделяется тепло (Вт), соответственно, для оптимальной работы необходимо охлаждение.
Система охлаждения центрального процессора - устройство, уменьшающее температуру процессора во избежание его повреждения, а также для сохранения условий оптимальной работы. При перегреве, процессор начинает пропускать такты для термической защиты, тем самым значительно снижает собственную производительность.
Ядро центрального процессора - часть процессора, содержащая основные функциональные блоки (определение из сайта Wikipedia).
Технология Hyper-Threading - технология компании intel, заключающаяся в распределении двух логических блоков на один физический. Прибавка к производительности от этой технологии зависит от программного обеспечения.
Тактовая частота - количество тактов за секунду, или за любой иной промежуток времени. С увеличением, повышается общая производительность, но вместе с тем необходимо увеличить напряжение, что влечёт за собой повышение тепловыделения, а при слишком высоких значениях кристалл и вовсе может повредиться.
Поколение процессора - семейство процессоров, произведённое за определённый промежуток времени (чаще всего, за год). Чем новее поколение - тем технологичнее процессор, и тем выгоднее его приобретение.
Например, поколение процессоров intel Comet Lake окажется более технологичным, нежели Nehalem из-за значительно более раннего выпуска последнего.
Основных Производителей процессоров для компьютеровна 2021 год всего двое: intel и AMD. Чему отдать предпочтение - личный выбор пользователя.
Цена процессора - больше относится к теме экономики, однако необходима, дабы понять суть и почему производители заранее не могут сделать самые мощные процессоры. На самом деле, логика довольно проста: чем производительнее процессор, тем он дороже (в рамках одного и того же поколения).
Про Кэш подробнее в разделе 1.1
Графическое решение на плате самого ЦП (но не в кристалле!) - распаянный графический процессор на плате центрального процессора для возможности полноценного использования компьютера без использования дискретной видеокарты. Такие процессоры называют APU (Accelerated Processor Unit).
Графический процессор
Данный процессор отличается от центрального тем, что главным образом, занимается отрисовкой изображения. Без этого устройства, вывод на экран устройства невозможен. Основные характеристики этого процессора будут схожи с характеристиками центрального процессора за исключением нескольких пунктов:
1. Драйверы
2. Наличие видеопамяти
3. Архитектура
4. Выполняемые задачи
5. Производители
Драйверы видеокарты отличаются от программного процессора ЦП тем, что не включены в BIOS, а устанавливаются непосредственно с помощью программного обеспечения производителя (например, GeForce Experience).
Видеопамять является, по сути, внутренней оперативной памятью. При её нехватке, графический процессор начинает использовать “настоящую” оперативную память.
Архитектура видеокарты отличается от архитектуры процессора возлагаемыми задачами на оба устройства (подробнее см. Определение центрального процессора и определение графического процессора).
Выполняемые задачи графического процессора - преобразование изображения (однако некоторые ПО позволяют часть “нагрузки” центрального чипа перенести на графический!), в то время, как задачи ЦП сводятся к просчётам, вычислениям и т.д.
Основных Производителей графических чипов двое: Nvidia и AMD.
Компания intel также производит графические чипы, однако только как встроенные решения центральных процессоров, либо для ноутбуков.
Материнская плата
Данный компонент является “фундаментом” всей системы, поскольку именно в ней и размещаются все устройства от центрального процессора, до жёсткого диска. В современные материнские платы встроены звуковая и сетевая карты, что устраняет необходимость в их покупке.
В чипах платы находится BIOS, с помощью которого можно настраивать параметры компьютера.
Это комплектующее имеет следующие параметры:
· Разъём центрального процессора
· Чипсет
· Форм-фактор
· Графический порт
· Производитель
Разъём центрального процессора, или сокет - разъём в материнской плате для установки и питания ЦП. Совпадение сокета процессора и платы обязательно, в противном случае их работа будет невозможна.
Чипсет - набор микросхем, размещённая на материнской плате для взаимодействия центрального процессора с памятью (оперативной и постоянной), контроллерами, устройствами ввода-вывода и т.п.
Форм-фактор - габариты материнской платы. Одна из самых малых по габаритам версий материнских плат - с форм фактором Mini-ITX. Немного больше - MicroATX. “Стандартный” размер у ATX. Увеличенный размер свойственен E-ATX.
Графический порт - разъём для установки дискретной видеокарты в материнской плате. В зависимости, от версии этого порта, пропускная способность может меняться, чаще в сторону “Новее - выше”.
На данный момент, одной из новейших версий разъёма является PCIe 5.0, со скоростью передачи данных для 16 линий в 64 Гбайт/c
Оперативная память (RAM)
Оперативная память - “временная” память, которая зависит от электропитания. Является промежуточной памятью, используемой центральным (иногда и графическим) процессором. Её устройство - ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство). Ныне существующие типы памяти DDR: DDR SDRAM, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 (правее - новее). Они отличаются частотой, допустимым объёмом и архитектурой
· Частота ОЗУ - характеристика периода времени передачи данных на обработку.
· Объём оперативной памяти - кол-во допустимой оперативной памяти, выделяемой за такт.
· Латентность памяти,или задержки - появление данных за определённое кол-во тактов за единицу времени.
Жёсткие диски и SSD
Жёсткий диск, или винчестер - устройство, предназначенное для хранения информации. Память в винчестере является энергонезависимой, поэтому все данные, хранящиеся в жёстком диске, сохраняются при отключении устройства от электропитания. Принцип работы заключается в магнитной записи на жёсткие магнитные диски.
Основные характеристики, которые необходимо учитывать при приобретении:
· Объём памяти
· Интерфейс
· Скорость оборота шпинделя
· Кэш-память
Объём современных жёстких дисков, чаще всего, колеблется от 250Гб до 18Тб. Для обычного пользователя достаточно 1Тб памяти.
Самый распространённый интерфейс - SATA. Существует также более ранняя версия IDE (PATA), однако встретить такой вариант крайне сложно.
Из интерфейсов SATA разделяют SATA, SATA 2, SATA 3.0, SATA 3.1, SATA 3.2, SATA 3.3, SATA 3.4, SATA 3.5. Все они различаются лишь пропуской способностью.
Скорость оборота шпинделя (об./мин) - показатель скорости вращения пластин при корректной работе жёсткого диска. Большее значение увеличивает производительность.
Кэш-память - “оперативная память” жёсткого диска, выступающее в роли буфера данных, считанных с винчестера, но ещё не поступивших на непосредственную обработку.
SSD (Solid State Drive) - менее “механизированная” вариация жёсткого диска, где магнитные диски заменены схемами памяти, что значительно ускоряет его работу, увеличивает надёжность, но вместе с тем и цену.
Общие характеристики SSD таковы:
· Объём памяти
· Тип памяти
· Кэш-память
· Интерфейс
Типы памяти SSD разделяются на SLC MLC TLC QLC
SLC (Single Level Cell) - самый первый тип памяти, поддерживающий один уровень сигнала. Это самая быстрая, надёжная и дорогая память.
MLC (Multi Level Cell) - следующий тип памяти за SLC, поддерживающий одновременно несколько уровней сигнала. Менее быстрая и надёжная, чем SLC, но вместе с тем более дешёвая.
TLC (Triple Level Cell) - тип памяти, идущий после MLC, способный поддерживать одновременно три уровня сигнала. Обойдётся дешевле в цене, но придётся заплатить за это качеством и быстротой работы.
QLC (Quad Level Cell) - новейшая память, способная поддерживать одновременно 4 уровня сигнала. Самая дешёвая, медленная и ненадёжная память.
Блоки питания
Блок питания - один из важнейших компонентов компьютера, питающий систему путём понижения напряжения из источника тока до оптимальных значений для компьютерных комплектующих.
Основных характеристик блока питания две:
· Мощность
· Надёжность
Мощность блока питания показывает, сколько энергопотребления компьютерных комплектующих выдерживает блок питания. Для уменьшения износа обычно используют блок питания немного мощнее (Примерно на 100 Вт больше).
Надёжность блока питания зависит от производителя, точнее от радиодеталей, используемых в блоке питания. Под надёжностью подразумевается срок службы и наличие “защит” в блоке питания (например, защита от короткого замыкания и перепада напряжения)
1.8 Корпус компьютера
Основная роль корпуса компьютера - декоративная, а также защита от внешних факторов. При выборе следует учитывать:
· Форм-фактор (подробнее в части 1.4)
· Расположение блока питания
· Кол-во мест под кулеры
Монитор
Монитор - устройство, предназначенное для вывода изображения, просчитанного видеокартой. Без него работа за компьютером не представляется возможной. У мониторов существуют следующие параметры:
· Разрешение
· Частота обновления (Гц)
· Матрица
· Время отклика
· PPI
Разрешение - показатель кол-ва пикселей на единицу площади
Например, разрешение Full HD (1920x1080 (1920 по горизонтали и 1080 по вертикали))
Частота обновления - показатель смены изображений за секунду. Так, монитор с частотой 60 Гц сменит 60 кадров за секунду.
Матрица - часть монитора, отвечающая за передачу цветов на экран.
Время отклика - время, затрачиваемое монитором для смены цветов в милисекундах.
PPI - отношение разрешения в пикселях на размер диагонали монитора в дюймах. Разница между разрешениями на мониторе с высоким PPI менее ощутима по сравнению с аналогом с меньшим PPI.
Звуковые карты
Звуковая карта - комплектующее, предназначенное для обработки звука и вывода его через соответствующие устройства (например, наушники). Большинство современных материнских плат уже обладают встроенным звуковым чипом, что устраняет необходимость приобретения дискретной версии
Сетевые карты
Сетевая карта - адаптер, предназначенный для выхода интернет, или создающий возможность взаимодействия с другими устройствами сети. По аналогии со звуковой картой, уже встроен в материнскую плату.
Клавиатура и мышь
Клавиатура и мышь - дополнительные приспособления, предназначенные для комфортного пользования компьютером. Без них компьютер вполне может работать, но взаимодействовать с ним не получится.
РАЗДЕЛ II “Конфигурации компьютеров и их использование”
Сборки ПК
Теперь, разобравшись с определением комплектующих, необходимо понять, какие именно необходимо выбрать, выделив при этом такой бюджет, который был бы максимально выгодным (как можно меньше потратить и как можно большую производительность получить). Всего сборки по бюджету делятся на 3 типа
1. Сборка с малым бюджетом (до 30-50 тыс. Руб.)
2. Сборка со средним бюджетом (от 60 – 120 тыс.)
3. Сборка с большим бюджетом (120 тыс. и выше)
При любом бюджете, крайне не рекомендуется экономить на блоке питания, в противном случае, компьютер будет иметь высокий риск выхода из строя. (Стоит заметить, что при выходе блока питания из строя, существует вероятность, что после него станут неисправны и другие детали!).
Помимо бюджета, необходимо понимать, для чего пользователю нужен компьютер, ведь от этого выбор комплектующих может меняться. Основные запросы от ПК:
· « Офисные » задачи (нетребовательные к системе)
· Для развлечений (видеоигр, просмотра кинофильмов и т.д.)
· Для сложных задач (3D-моделирование, монтаж фильмов, и другие задачи, требовательные к мощности центрального процессора)
Предположим, что нам понадобился компьютер для вывода изображения на экран, печатания бумаги, хранения текстовых файлов и прочих « простых » для компьютера задач. В таком случае, сборка, с бюджетом выше малого будет иметь мало смысла, поэтому стоит остановиться на 1-ом варианте.
Вследствие нетребовательных программ, можно предложить следующую конфигурацию:
ЦП: AMD Athlon™ 200GE (APU)
Видеокарта: Встроенное графическое решение Radeon™ Vega 3 Graphics
Оперативная память: Kingston DDR4-2666 4096MB (2666 MHz, 4Gb)
Материнская плата: ASUS Prime A320M-K AM4 (A320 - чипсет, AM4 - сокет)
HDD: Жёсткий диск Seagate BarraCuda 1Tb 7200rpm 64 Mb (7200 об/мин 64 Mb Кэш-памяти, 1Tb объём)
Блок питания: Foxconn G Series [FX-G500-80] 500W
Корпус компьютера: DeepCool Smarter Black
Монитор: Монитор 21.5" Philips 221V8LD/00
Клавиатура/мышь: на выбор
Это был пример бюджетной сборки, её общая стоимость составила ~27 тыс. руб.
Теперь предположим, что нам понадобился компьютер для видеоигр тоже с малым бюджетом. В таком случае, лучше собрать следующий вариант:
ЦП: AMD Ryzen 3 3100
Видеокарта: Sapphire Radeon RX 570 4Gb
ОЗУ: HyperX DDR4-3200 8Gb (x2)
Материнская плата: ASUS Prime B550-A AM4
HDD: Жёсткий диск Seagate BarraCuda 1Tb 7200rpm 64 Mb
SSD: -
Блок питания: FSP PNR-Q 500W
Корпус: DeepCool E-Shield
Монитор: Монитор 21.5" Philips 221V8LD/00
Цена данной сборки - 55 тыс. руб. Данная стоимость вдвое превышает стоимость сборки для офисного работника, поскольку ставятся совсем иные задачи, что доказывает, что цель, для которой собирается компьютер, играет далеко не последнюю роль.
Теперь стоит обратить внимание на бюджетную сборку, при которой основная мощность ложится на плечи центрального процессора. Тогда она примет следующий вид:
ЦП: AMD Ryzen 5 2600
GPU: GTX 1050 4Gb
ОЗУ: HyperX DDR4-3200 8Gb (x2)
Материнская плата: ASUS Prime B550-A AM4
HDD: Жёсткий диск Seagate BarraCuda 1Tb 7200rpm 64 Mb
SSD: -
Блок питания: FSP PNR-Q 500W
Корпус: DeepCool E-Shield
Монитор: Монитор 21.5" Philips 221V8LD/00
Из этой сборки можно заметить, что поменялись лишь центральный процессор и видеокарта. Это связано с тем, что задачи, ставящиеся перед данным компьютером приблизительно схожи с задачами, для которых предполагалась предыдущая сборка. По желанию, можно заменить и другие комплектующие, но это мало что меняет. Почему был заменён центральный процессор? Поскольку условие требует больших мощностей ЦПУ, было бы логично поставить более мощный вариант. Что касаемо видеокарты, был поставлен более слабый вариант для экономии бюджета, который, кстати, составил 54 тыс. руб., т.е., отличия в цене несущественны, однако рано делать выводы, пока не представлены сборки, чей бюджет больше.
Теперь выясним, что было бы, будь наш бюджет больше. У нас будет более широкий выбор комплектующих, но по-прежнему необходимо понять предназначение собранного компьютера. Также, в таком диапазоне бюджета, процессоры имеют большее тепловыделение, для чего рекомендуется приобретать отдельное охлаждение Для сложных задач, сильно нагружающих центральный процессор, подойдёт сборка:
ЦПУ: Ryzen 7 3700X
Охлаждение ЦП: кулер be quiet! Dark Rock Slim
Видеокарта: ASUS Nvidia Geforce GTX 1650 Super
ОЗУ: Hyper X Fury DDR4-3200 8Gb (x2)
Материнская плата: ASUS Prime X570-Pro AM4
HDD: Seagate BarraCuda 1Tb 7200rpm 64 Mb
SSD: Samsung T5 Blue 500Gb MLC
Блок питания: be quiet! Straight Power 11
Корпус: Zalman N4 TG Black
Монитор: HP Z23n G2 Display
Эта сборка значительно превосходит все предыдущие варианты по причине более дорогих, соответственно, более производительных комплектующих. Её общая цена ~113 тыс. Руб.
Если пользователю необходим компьютер больше для видеоигр - стоит заменить видеокарту на более мощную (однако, придётся взять менее производительный процессор)
При бюджете, который требуется для сборки очень мощной машины, вариант сборки будет следующий:
ЦПУ: Ryzen 7 5800X
Видеокарта: Nvidia Geforce RTX 3070 ASUS TUF 8Gb GDDR6
ОЗУ: HyperX Fury 16Gb 3200Mhz CL16 (тайминги)
Материнская плата: ASUS TUF Gaming X570-Plus
HDD: Seagate Barracuda 2Tb 7200rpm 256Mb
SSD: Samsung 860 Pro series 1TB 2.5" SATA III V-NAND MLC
Блок питания: Seasonic Focus Plus platinum 750w
Корпус: be quiet! Silent Base 601
Монитор: 27" Philips E Line 4K Ultra HD
Это одна из мощнейших сборок, которые можно предположить на данный момент, с соответствующей ценой в 285 тыс. Руб. Этот компьютер будет способен на многое, но позволить себе его смогут далеко не все.
Физическая сборка
Допустим, что пользователь определился с комплектующими и приобрёл их. Но как их собрать в единую машину? На деле, всё окажется не так сложно:
Разбив сборку на этапы, мы получим следующий порядок действий:
1. Открываем место сокета в материнской плате и устанавливаем туда процессор строго по ключу (обозначен на стороне процессора с контактами)
2. Наносим термопасту на металлическую часть процессора (крайне желательно, чтобы она не попала на текстолит материнской платы) и устанавливаем охлаждение
3. Устанавливаем оперативную память
4. Устанавливаем блок питания в корпус
5. Устанавливаем материнскую плату в корпус
6. Устанавливаем видеокарту, закрепив её как в слоте PCI, так и в самом корпусе
7. Устанавливаем жёсткий диск в корпусе и SSD при наличии
8. Подключаем все провода к разъёмам
9. Закрываем боковую стенку корпуса, подключаем блок питания и периферийные устройства (для подключения монитора к видеокарте, необходимо воспользоваться HDMI-шлейфом (при наличии соответствующего порта), или другими коннекторами)
10. С внешнего носителя (например, флеш-накопителя) устанавливаем ОС
11. Устанавливаем драйвера и необходимые программы
Ваш компьютер готов к работе.