Аппаратно-программное обеспечение персонального компьютера

• Введение
• 1. Аппаратно-программное обеспечение ПК
• 1.1 Аппаратное обеспечение ПК
• 1.2 Программное обеспечение ПК
• 2. Модернизация компьютера
• 2.1 Исходная конфигурация ПК
• 2.2 Стратегия модернизации
• 2.2.1 Установка дополнительного модуля памяти
• 2.2.2 Установка дополнительного программного обеспечения
• 2.2.3 Установка дополнительных куллеров охлаждения
• 3. Расчёты
• 3.1 Расчёт потребляемой мощности компонентами ПК
• 3.2 Расчёт теплового режима
• 3.3 Расчёт затрат на модернизацию
• 4. Техника безопасности при аппаратном обслуживании персонального компьютера
• 5. Графическая часть
• Заключение
• Список литературы
• Приложения

Современный период развития общества характеризуется сильным влиянием на него компьютерных технологий, которые проникают во все сферы человеческой деятельности, обеспечивают распространение информационных потоков в обществе, образуя глобальное информационное пространство. Неотъемлемой и важной частью этих процессов является компьютеризация образования. В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение в мировое информационно-образовательное пространство. Этот процесс сопровождается существенными изменениями в педагогической теории и практике учебно-воспитательного процесса, связанными с внесением корректив в содержание технологий обучения, которые должны быть адекватны современным техническим возможностям, и способствовать гармоничному вхождению ребенка в информационное общество. Компьютерные технологии призваны стать не дополнительным в обучении, а неотъемлемой частью целостного образовательного процесса, значительно повышающей его эффективность.

Компьютеризация школьного образования относится к числу крупномасштабных инноваций, пришедших в российскую школу в последние десятилетия. В настоящее время принято выделять следующие основные направления внедрения компьютерной техники в образовании:

— Использование компьютерной техники в качестве средства обучения, совершенствующего процесс преподавания, повышающего его качество и эффективность;

— использование компьютерных технологий в качестве инструментов обучения, познания себя и действительности;

— использование средств новых информационных технологий в качестве средства творческого развития обучаемого;

конфигурация персональный компьютер программный

— использование компьютерной техники в качестве средств автоматизации процессов контроля, коррекции, тестирования и психодиагностики;

— организация коммуникаций на основе использования средств информационных технологий с целью передачи и приобретения педагогического опыта, методической и учебной литературы;

— использование средств современных информационных технологий для организации интеллектуального досуга;

— интенсификация и совершенствование управления учебным заведением и учебным процессом на основе использования системы современных информационных технологий;

— моделирующие — построение информационных моделей (в том числе и динамических) реальных объектов и явлений.

Перечисленные возможности компьютера могут способствовать не только обеспечению первоначального становления личности ребенка, но и выявлению, развитию у него способностей, формированию умений и желания учиться, созданию условий для усвоения в полном объеме знаний и умений.

1. Аппаратно-программное обеспечение ПК

1.1 Аппаратное обеспечение ПК

В данном разделе будут рассмотрены основные устройства входящие в состав персонального компьютера.

Обычно под набором комплектующих для ПК принимают следующий состав устройств: корпус с блоком питания; системная плата; центральный процессор (ЦП); оперативное запоминающие устройство (ОЗУ); видеоадаптер; монитор; накопитель на жёстких дисках; клавиатура; мышь; привод DVD-ROM; звуковой адаптер. Для российских условий дополнительным оборудованием являются: TV-тюнер; web-камера; микрофон.

С точки зрения развития аппаратной части ПК наибольший интерес вызывают следующие требования:

полный отказ от интерфейса шины ISA;

все компоненты системной платы должны соответствовать спецификации

Plug and Play;

порты COM и LPT рекомендуется использовать только для принтеров;

интерфейсы IDE/ATA и ATAPI для внешних накопителей подлежат замене на IEEE 1394;

для модемов рекомендуется интерфейс USB;

для сканеров и других устройств ввода/вывода используют SCSI;

для звуковых карт используют USB или PCI;

для видеоадаптеров используют PCI-E.

1.2 Программное обеспечение ПК

В состав начального программного обеспечения (ПО) данного компьютера входит операционная система (ОС), а также стандартный пакет прикладных программ и драйверов.

На компьютере для программирования установлена операционная система Windows 7. С момента выхода Windows 95 панели задач служила отправной точкой для запуска программ и переключения между окнами. Однако времена меняются, и методы работы с компьютером тоже. Поэтому в Windows 7 панель задач была полностью модернизирована, чтобы повысить эффективность работы, упорядочить содержимое и выполнять больше задач. На сегодняшний день мало кто хранит все файлы в одном месте. В Windows 7 поддерживается поиск на внешних жестких дисках, компьютерах в сети и в других расположениях. Кроме того, для повышения эффективности и скорости поиска отображаются рекомендации, основанные на предыдущих запросах. Зачастую поиск может давать слишком большое число результатов. Благодаря новым динамическим фильтрам можно практически мгновенно сократить число результатов, разделив их по категориям, например по дате или типу файла. В Windows 7 реализован более простой порядок работы с окнами на рабочем столе. Представлены более удобные способы открытия, закрытия, изменения размеров и упорядочения окон.

2. Модернизация компьютера

В наше время модернизация принимает всё более широкий характер, так как модернизация ПК экономически выгодна чем покупка нового компьютера. Под модернизацией понимается расширение функциональных возможностей за счёт добавления в систему новых устройств.

2.1 Исходная конфигурация ПК

Исходная конфигурация оборудования ПК (таблица 1) была получена при помощи программы Everest.

Таблица 1 — Исходная конфигурация ПК.

Технические характеристики системной платы представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Технические характеристики системной платы

Таблица 2.1

Технические характеристики процессора представлены таблице 3

Таблица 3 — Технические характеристики процессора

Технические характеристики ОЗУ представлены таблице 4

Таблица 4 — Технические характеристики ОЗУ

Технические характеристики видеоадаптера представлены таблице 5

Таблица 5 — Технические характеристики видеоадаптера

Технические характеристики накопителя на жёстких дисках представлены таблице 6

Таблица 6 — Технические характеристики накопителя на жёстких дисках

Технические характеристики оптического накопителя представлены в таблице 7

Таблица 7 — Технические характеристики оптического накопителя

Технические характеристики монитора представлены в таблице 8

Таблица 8 — Технические характеристики монитора

Технические характеристики сетевого адаптера представлены в таблице 9

Таблица 9 — Технические характеристики сетевого адаптера

2.2 Стратегия модернизации

Стратегия модернизации будет выполняться в соответствии с поставленными задачами. По техническому заданию нужно модернизировать данную систему в компьютер для обучения. Исходя из этого, в составлении стратегии модернизации, следует учесть аппаратные особенности ПК, и их совместимость с дополнительным ПО.

2.2.1 Установка дополнительного модуля памяти

В соответствии с минимальными системными требованиями дополнительного программного обеспечения, в данную систему требуется

установить дополнительный модуль памяти объёмом 1024Мб. Для оптимальной работы двух модулей памяти в сдвоенном режиме следует подобрать дополнительный модуль имеющий идентичные характеристики с уже установленным модулем:

Частота памяти: DDR2−800 (400MГц)

Шина модуля: 64bit

Частота регенерации: 7,8 us (Self-Refresh)

Данный модуль следует установить в свободный слот расширения DDR2.

2.2.2 Установка дополнительного программного обеспечения

Обучающие программы распространяются, как правило, на дискетах или СD, ВВS и FTP. Чаще всего такие программы применяют для демонстраций в ходе учебных занятий или самостоятельного изучения предмета. Наибольшую популярность среди такого рода учебных материалов получили различные курсы иностранных языков, гораздо реже попадаются обучающие программы по естественнонаучной тематике: например «Физика на компьютере». Особая разновидность учебных пособий — разнообразные мультимедийные энциклопедии, такие, как Microsoft Encarta, «Большая Энциклопедия Кирилла и Мефодия» Не являясь чисто учебными материалами, они тем не менее могут оказаться весьма полезными в качестве справочных пособий и средств расширения кругозора учащихся.

В качестве дополнительного ПО на данный компьютер необходимо установить наиболее популярные образовательные компьютерные программы. Список наиболее популярных образовательных компьютерных программ представлен в приложении Б (таблица — 12).

2.2.3 Установка дополнительных куллеров охлаждения

Так как большинство обучающих программ являются очень ресурсоёмкими, а соревнования длятся порядка нескольких часов, возникает проблема связанная с температурным режимом работы компьютера. В связи с этим на данный компьютер необходимо установить два куллера для корпуса:

Название модели: Arctic Cooling Arctic Cooling Arctic Fan F12 PRO TC

Габариты: 120×120×38,5 мм

Скорость вращения: 400−1300об/мин

Уровень шума: 23.5 дБ

3. Расчёты

3.1 Расчёт потребляемой мощности компонентами ПК

Стабильность работы любой компьютерной системы в немалой степени зависит от правильного выбора и обоснованного расчета необходимой мощности потребления. Мощность необходимого блока питания рассчитывается из суммарного энергопотребления всех компонентов системы. Коэффициент полезного действия блока питания характеризуется отношением выделяемой в ходе преобразования энергии к потребляемой мощности. КПД характеризует эффективность преобразования. При выборе блока питания необходимо оставлять определенный запас мощности. Это связано не только с возможностью будущей модернизации и с установкой дополнительного оборудования. Производитель завышает указываемую мощность на 30−50 Вт от реальной мощности. Для расчета потребляемой мощности компонентами компьютера необходимо воспользоваться таблицей потребления тока.

Результаты температурного расчета блока приведены в таблице 9.

Таблица 9 — Расчёт потребляемой мощности

Р_? = (1)

Р₁ =2,3•3,3+1,7•5+0,4•12 = 20,9

Р₂ = 105

Р₃ =4•2•5= 40

Р₄ =0,8•5+2•12= 28

Р₅ =1,3•5+1,5•12= 24,5

Р₆ =3•3,3+2,5•5+3•12= 58,4

Р₇ =0,25•5= 1,25

Р₈ =0,25•5=1,25

Р₉ = 0,3•12=3,6

Р_? =20,9+115+40+28+24,5+58,4+4+1,25+3,6+0,2= 291,25

Потребляемая мощность процессора была установлена при помощи программы Power Supply Calculator.

Исходя из полученных данных, должно выполняться следующее условие:

Р_рас = Р_? +50 (2)

Р_н > Р_{рас (}3)

Р_рас =282,9+50=332,9

350 (Вт) > 332,9 (Вт) Из расчётов следует, что система потребляет 282,9 при максимальной нагрузке.

Учитывая, что производители блоков питания выдают потребляемую мощность за выходную, завышая тем самым реальную мощность на 30−50 Вт, а также исходя из того, что будет выполняться последующая модернизация системы, можно сделать вывод, что мощности исходного блока питания (350 Вт) будет вполне достаточно для стабильной работы данного компьютера.

3.2 Расчёт теплового режима

Соблюдение теплового режима элементов ПК — это залог его правильной работы в течение эксплуатации, поэтому разработчики уделяют большое внимание системам охлаждения. Существует множество методик расчёта теплового режима по разным элементам, однако в нашем случае, тепловой режим будет рассчитан по методике расчёта герметичного блока с внутренним перемешиванием по элементу, в данном случае процессору.

Исходные данные необходимые для расчёта:

L₁ =0,4 (м)

L₂ =0,38 (м)

L₃ =0,2 (м)

K_z=0,7

T_окр =20 (°C)

G_B=0,0512 м³/с

S_e=0,072 (м²)

T_{p. max}=90 (°C)

Р_е=105 (Вт)

Р=282,9 (Вт)

Расчёт теплового режима блока:

Поверхность корпуса блока:

S_k=2 (L₁L₂+ (L₁+L₂) L₃) =2• (0,4•0,38+ (0,4+0,38) •0,2) =0,616 м^{2 (}1)

Условная поверхность нагретой зоны:

S_z=2 (L₁L₂+ (L₁+L₂) L₃K_z) = 2• (0,4•0,38+ (0,4+0,38) 0,2•0,7=0,5224 м^{2 (}2)

Удельная мощность корпуса блока:

Q_K=P/S_K =282,9/0,616=459,25 Вт/м^{2 (}3)

Удельная мощность нагретой зоны:

Q_Z=P/S_Z =282,9/0,5224=541,53 Вт/м^{2 (}4)

Коэффициент Kq_k, зависящий от удельной мощности блока:

K_Qk=0,1472 • Q_{K -} 0,2962•10^-3 • Q_K² + 0,3127•10^-6 — Q_K³ =0,1472•459,25 — 0,2962• 10^-3,; 459,25²+0,3127•10^-6 • 459,25³ =35,13 (5)

Коэффициент Kq_z, зависящий от удельной мощности нагретой зоны:

K_Qz=0,1390 • Q_z — 0,1223•10^-3 • Q_z² + 0,0698 — 10^-6 • Q_z³ =0,1390•541,53 ;

0,1223•10^-3• 541,53 ² +0,0698•10^-6 •541,53 ³ =50 (6)

Коэффициент К_H1 зависящий от давления среды вне корпуса блока Н₁:

К_H1=0,82 + 1/ (0,925 + 4,6 • 10^-5 • Н₁) =1,99 (7)

Объем воздуха в блоке:

V_в= L₁•L₂•L₃• (1 — K_z) =0,38•0,33•0,18• (1−0,7) =0,912 м^{3 (}8)

Средняя скорость перемешивания воздуха в блоке:

W=0,6*G_B/V_B=0,6*0,0512/0,912=3,36 м³/с (9)

где G_B — производительность вентилятора в блоке (м /с):

G_B = G_B /60 = 1,025*3/60 = 0,0512 м³/с

Производительность вентилятора в блоке составляет 1,025, для расчета принимаем 3 вентилятора одинаковой производительности. Коэффициент K_w, зависящий от средней скорости перемешивания в блоке:

K_w=0,08+l/ (l, 04+0,27W) =0,08+1/ (1,04+0,27•3,36) =0,6 (10)

Перегрев корпуса блока:

T_tk=K_Qk •K_H1 =35,13•1,99=35,1647°С (11)

Перегрев нагретой зоны:

T_tz=K_Qk• (K_H1-1) +K_QzK_w=35,1647• (1,99−1) +50•0,6=30,0347°С (12)

Средний перегрев воздуха в блоке:

T_tв=0,75•T_tz =0,75•30,0347 =22,526°С (13)

Удельная мощность элемента:

Q_e= P_e/S_e=105/0,072=1458,3333кBт (14)

где Р_е — мощность, рассеиваемая элементом; S_e — площадь поверхности элемента (вместе с радиатором, если он есть), омываемая воздухом.

Перегрев поверхности элемента:

T _te= T_tz * (0,75+0,25*Q_e/Q_z) = 30,0347 * (0,75+0,25*1458,3333/541,53) =

=42,746°C (15)

Перегрев окружающей элемент среды:

T_tes= T_tв * (0,75+0,25*Q_e/Q_z) =22,526* (0,75+0,25*1458,3333/541,53) =

=32,06°C (16)

Температура корпуса блока:

Т_к =Т_tк +Т_окр =35,1647+20=55,1647°С (17)

где Т_окр — температура окружающей среды. Температура нагретой зоны:

T_z=T_tz+ Т_окр =30,0347+20=50,0347°С (18)

Температура поверхности элемента:

T_e=T_te+ Т_окр =42,746+20=62,746°С (19)

Температура воздуха в блоке:

T_в=T_tв+ Т_окр =22,526+20=42,526°С (20)

Температура окружающей элемент среды:

T_es= T_tes+ Т_окр =32,06+20=52,06°С (21)

T_{р. max} > T_e

90>62,746

Из расчётов следует, что максимальная температура процессора равна 90 °C, а температура процессора при максимальной нагрузке составляет 62,746°С. Выполняется поставленное условие, следовательно, в установке в системны блок более мощного куллера на процессор нет необходимости.

3.3 Расчёт затрат на модернизацию

В соответствии с выбранной стратегией модернизации, для данного компьютера требуется купить и установить модуль памяти, а также лицензионное программное обеспечение. Для оценки экономичности модернизации необходимо произвести расчёт затрат на модернизацию. Расчёт затрат на модернизацию ПК представлен в таблице 10.

Таблица 10 — Затраты на модернизацию

Из полученных расчётов видно, что затраты на модернизацию ПК составили 8820 рублей, что на много меньше половины стоимости компьютера, следовательно условие экономичности модернизации соблюдается.

4. Техника безопасности при аппаратном обслуживании персонального компьютера

При сборке компьютера необходимо быть очень внимательным, так как любая техника, работающая от электросети, представляет угрозу вашей жизни и здоровью.

Комплектующие элементы необходимо выкладывать подальше от батареи и хранить в коробке до начала сборки.

При ремонте и сборке компьютера категорически запрещается:

трогать мокрыми или влажными руками;

бросать;

класть друг на друга, если они распакованы;

начинать сборку компьютера, если вы принесли детали с холода: дайте им хотя бы час, чтобы нагреться;

вставлять комплектующие в корпус компьютера, а также подсоединять внешние устройства во время его работы;

включать компьютер до полной сборки;

держать в руках некоторые подключенные комплектующие при включении компьютера (некоторые имеют привычку держать в руке привод компакт-дисков или винчестер);

включать компьютер после выключения, если не выдержан интервал времени в 3 секунды;

вытирать пыль с деталей мокрой марлей.

Необходимо учесть следующие моменты: рабочее место сборщика, используемое при сборке компьютеров, также должно быть безопасным; позаботьтесь о хорошем освещении, если света недостаточно, возможно, стоит приобрести дополнительную лампу; рабочее место должно быть организовано так, чтобы обеспечивались безопасный доступ к нему и быстрая эвакуация в случаи возникновения аварийной ситуации; компьютерная техника должна отвечать требованиям безопасности, а ее размещение — обеспечивать удобный подход для ведения сборочных работ; модули и блоки должны исключать опасность поражения электрическим током при сборке, настройке и испытании компьютеров на надежность; если у вас есть домашнее животное, которое неравнодушно к новинкам в доме, позаботьтесь о том, чтобы оно близко не приближалось к комплектующим (например, котам очень нравится сидеть на мониторе); помните, ваш главный враг — статическое электричество, оно с ваших рук может перейти на плату и тем самым испортить ее, так что прежде чем брать деталь в руки, снимите статическое электричество, прикоснувшись руками к железному предмету; завидите папку для хранения всех документов; внимательно читайте всю документацию к комплектующим, так как в ней может описываться ценная, не знакомая вам, особенность детали.

5. Графическая часть

Данная часть курсового проекта отображает заднюю панель системного блока с разъемами и портами для подключения устройств ввода-вывода (рис.1).

Рисунок 1 — Структура портов ввода/вывода.

Заключение

В данной курсовой работе была произведена модернизация домашнего компьютера в компьютер для образовательных нужд. Был произведен выбор комплектующих для модернизации ПК, произведен экономический расчёт, тепловой расчет, а также расчет потребляемой мощности компонентами компьютера. В результате модернизации необходимы затраты в размере 8820 руб.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.

В пояснительной записке рассмотрены составные части ПК и выбраны комплектующие для ПК. Графическая часть представляет собой структуру портов ввода/вывода системного блока.

В курсовую работу вошли материалы из учебно-методической, справочной литературы и информация, найденная посредством сети Интернет.

В ходе выполнения курсового проекта были изучены общие принципы модернизации вычислительной техники, а так же были получены некоторые навыки и умения в проектировании вычислительных устройств.

1) Мураховский В. И., «Компьютер своими руками», Москва, «Развитие», 2003 г.

2) Мураховский В. И., Евсеев Г. А, «Железо персонального компьютера.

3)" Практическое руководство", Москва, «ДЕСС КОМ». 2003 г.

4) Мураховский В. И., «Железо ПК», Москва, «ДЕСС КОМ», 2001 г.

5) Симонович С. В., Евсеев Г. А., Мураховский В. И., «Вы купили компьютер» ,

Москва, «Развитие», 2003 г.

6) Журнал «ПК», № 1 (112), 2007 г.

7) Web-журнал «Хакер», www.widezone.ru

8) Сайт http://www.typysh.org

Приложения

Приложение А

Таблица 11

Листинг программы расчета теплового режима

Приложение Б

Таблица 12 — Список компьютерных программ