Компоненти на компютърната система и техните технически параметри

От часовете по компютърно моделиране и информационни технологии знаем какво е компютърна система. Персоналните компютри, с които работим в дома и в училищe, също са компютърни системи.

Компютърната система се състои от два вида компоненти – софтуерни и хардуерни.
Софтуерните компоненти – операционна система и компютърни приложения, се избират от потребителите в зависимост от предназначението на системата.
От голямо значение е и изборът на хардуерните компоненти. От тях зависи производителността, способността на системата да се справи с различни по сложност задачи.
За да подберем правилно хардуерните компоненти на компютърната система, трябва да знаем какво е тяхното предназначение и да познаваме техническите им параметри.
Централният процесор (CPU, Central Processing Unit) управлява компютърната система, като изпълнява последователността от операции, описани в софтуерното приложение (програмата).

Производителността на компютъра до голяма степен зависи от техническите параметри на централния процесор.
Тактовата честота на процесора показва броя елементарни операции, които се изпълняват за единица време. Измерва се с единицата херц (Hz) и нейните производни. Тактовите честоти на съвременните процесори най-често са до 5 гигахерца (GHz).
Разрядност на процесора. Това е броят битове, които се обработват едновременно от процесора. Най-разпространените съвременни процесори имат разрядност 32 или 64 бита.
Брой на ядрата. Ядрото (core) на процесора е елементът, който непосредствено изпълнява инструкциите от програмата. Процесорът може да има няколко ядра, които работят едновременно, като изпълняват различни задачи.
Понякога на ядрото може да се наложи да изчаква, докато инструкцията се приеме и обработи от други, по-бавни компоненти. При някои процесори е възможно през това време ядрото да изпълнява други задачи. Така едно физическо (реално съществуващо) ядро може да работи като две или повече логически (софтуерно моделирани) ядра (нишки, threads). Тази технология се нарича многонишкова (hyperthreading). Обем на буферната (кеш) памет. Това е бърза памет, вградена в процесора. Тя съхранява най-често използваните от процесора инструкции и данни. Така се подобрява производителността на системата. Обемът на кеш паметта обикновено е до няколко десетки мегабайта.
Други параметри на процесорите са: фирмата производител (най-често Intel или AMD); типът на цокъла (socket), на който се поста-вя процесорът; захранващото напрежение, измервано във волтове (V); консумираната мощност, измервана във ватове (W).
Паметта на компютъра служи за съхранение на програмите и данните. Според техническите им характеристики паметите могат да се разделят на два вида – енергозависими и енергонезависими. При първите записаната информация се загубва при отпадане на захранването (изключване на компютъра), а при вторите информацията се запазва и когато компютърът е изключен. Обикновено енергозависимите памети имат по-голямо бързодействие.
Паметите се делят и на други видове – динамична или статична, с произволен или с последователен достъп.
Оперативната памет на компютъра служи за съхранение на програмите, които се изпълняват в момента, както и на данните, които се обработват. Най-често се използват динамични енергозависими памети.

Прието е оперативната памет да се нарича RAM (от Random Access Memory – памет с произволен достъп). Оперативната памет на съвременните персонални компютри най-често е от тип DDR3 SDRAM или DDR4 SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory, синхронна динамична памет с произволен достъп и удвоена скорост на предаване на данните).
Постоянната памет на компютъра – ROM (Read Only Memory), е памет, чието съдържание процесорът не може да променя при нормалната си работа.
Тази памет е енергонезависима. В нея са записани програмите, необходими за първоначално стартиране на компютъра – BIOS (Basic Input/Output System, базова входно/изходна система). Информацията в ROM паметта се записва при производството ù с помощта на специални устройства (програматори) или от процесора при специален режим на работа. В зависимост от начина, по който става записът, различаваме PROM, EPROM, EEPROM и други видове постоянна памет.

CMOS паметта служи за съхраняване на информация за конфигурацията на компютъра и на някои настройки, необходими за първоначалното му стартиране. Тази информация трябва да може да се променя от потребителя, а също така да не се изтрива при изключване на захранването. Използват се чипове, които имат ниска консумация на електроенергия. Това позволява те да се захранват от отделна батерия дори и при изключено захранване.

Чиповете се изработват по технология, наречена CMOS, откъдето идва и името на този вид памет.
За производителността на компютъра най-голямо значение имат техническите параметри на оперативната памет – обем и бързодействие.
Обемът на оперативната памет на съвременните персонални компютри най-често е от порядъка на няколко гигабайта (4, 8, 16 или повече).
Бързодействието на оперативната памет се определя от два параметъра – тактова честота и брой тактове (цикли), необходими за достъп до паметта. Колкото първата стойност е по-голяма, а втората – по-малка, толкова по-голямо е бързодействието на паметта. Съвременните памети най-често работят при честоти 1600 – 3200 MHz.
Освен процесора и паметта, в компютърната конфигурация са включени и други елементи. Техните характеристики също оказват влияние на параметрите и производителността на компютъра.
Знаем, че за работата на компютърната система са необходими носители на информация. На тях се съхраняват софтуерът и данните, с които работим.

Конфигурацията на компютърната система включва един или няколко твърди диска. Вместо класическите дискове с магнитен запис (HDD) все по-често се използват твърдотелни дискове (SSD). Освен типа, параметри на твърдите дискове са обемът (от стотици GB до десетки TB), размерът, измерван в инчове, (2,5 или 3,5) и интерфейсът за връзка (най-често SATA). При HDD дисковете параметри са скоростта на въртене, например 5400 rpm (обороти в минута), и обемът на кеш паметта в диска.
Описаните хардуерни компоненти на компютърната система се монтират на дънната платка (Motherboard). Тя осигурява електрическото им захранване и връзките между тях.
На дънната платка са и контролерите за управление на входно-изходни устройства (клавиатура, мишка, дисплей и др.). Някои от тях се управляват от централния процесор, други имат собствени процесори.
Основните технически параметри на дънната платка са: размер (форм фактор); тактова честота; тип на процесора, с който може да работи; производител и тип на чипсета (набора от интегрални схеми на платката); максимален възможен обем и вид на оперативната памет; брой на слотовете за разширение (expansion slots), на които се поставят допълнителни контролери, и техния вид (AGP, PCI, PCI Express); брой и вид на конекторите за връзка с външни устройства.
На дънната платка на илюстрацията се виждат централният процесор, поставен на цокъл (1), конектори за оперативната памет (2), конектор за електрическо захранване (3), постоянна памет с радиатор за охлаждане (4), конектори за свързване на носители на информация (5), конектори (слотове) за допълнителни контролери (6), контролери за управление на входно-изходни устройства с радиатор за охлаждане (7), конектори за входно-изходни устройства (8).

Ако на нашата дънна платка няма необходимия ни контролер или не сме доволни от параметрите му, можем да добавим допълнителен такъв. Контролери се предлагат под формата на платки (разширителни карти, expansion cards) с електронни елементи. Те се поставят на предвидените за целта слотове.
Така например вградените в някои дънни платки графични контролери най-често не са с добри параметри. Те са подходящи предимно за работа с офис приложения. Ако компютърът ще се използва за обработка на графика, видеомонтаж или за 3D игри, към конфигурацията може да се добави допълнителен графичен контролер (видео карта, graphics card). Някои такива контролери са оптимизирани за съответен вид приложения, например за чертане, за видеообработка, за игри. Повечето от тях имат собствен графичен процесор и памет.
Основните технически параметри на графичните контролери са: поддържани графични режими; вид, разрядност и честота на процесора; вид, обем и честота на паметта; вид на конекторите за дънната платка и за монитора.
Повечето от вградените на дънната платка звукови контролери, предназначени за запис и възпроизвеждане на звук, са с достатъчно добри параметри за любителски цели. Ако искаме да правим професионални звукозаписи, можем да добавим звукова карта с по-добри параметри.
За работа в мрежа и за връзка с интернет е необходима мрежова карта. Параметри на тези карти са начинът на свързване (по кабел, безжично); скоростта на обмен, най-често 150 – 1300 Mbps (мегабита в секунда); интерфейсът за връзка с компютъра (PCI, USB).
Захранващият блок осигурява електрическото захранване на останалите компоненти. Основната му характеристика е неговата мощност, измервана във ватове (W). Най-често използваните захранващи блокове са с мощност между 500 и 850 W.
В кутията (1) на персоналния компютър, освен дънна платка (2) и захранващ блок (3), има вентилатори за охлаждане (4, 5) и места за монтиране на дискови устройства (6, 7).

Да предположим, че искаме да купим нов компютър. В магазина намираме описание на неговите параметри:
Процесор: 3.7GHz 3MB socket 1151
Дъно: DDR4 socket 1151
Памет: 8GB 1x8GB DDR4 2133
Видеокарта: 2GB DDR5 PCI-E
SSD: 512GB Int. 2.5“ SATA
HDD: 2TB 7200rpm 64MB S-ATA III
Кутия: Middle Tower Case w/o PSU
Захранване: 500W
Да разчетем тези обозначения:
Процесор: тактова честота – 3.7GHz; обем на кеш паметта – 3MB; вид на цокъла за монтиране на дънната платка – socket 1151;
Дънна платка: предназначена е за памет от тип DDR4; вид на цокъла за процесор – socket 1151.
Памет: обем – 8 GB, брой на модулите памет – 1x8 GB; тип на паметта – DDR4; тактова честота – 2133 MHz.
Видеокарта: обем на паметта – 2 GB; тип на паметта – DDR5; конектор (интерфейс) за връзка с дънната платка – PCI-Express.
SSD: твърдотелно запомнящо устройство с обем 512 GB; вътрешно; размер – 2.5 инча; интерфейс за връзка с дънната платка – SATA.
HDD: твърд диск с обем 2 TB; скорост на въртене – 7200 rpm; обем на кеш паметта – 64 MB; вид на интерфейса за връзка с дънната платка – SATA 3.
Кутия: вертикална без захранване.
Захранване: мощност – 500W.