9.01. Физические компоненты

ДЛЯ ДЕТЕЙОБЯЗАТЕЛЬНО

Родителям и детям

Для работы любого устройства нужна энергия
У компьютеров есть батарейки или блоки питания
Физические компоненты (клавиатура, мышь, монитор, системный блок — на уровне «что это и зачем»)
Базовое понимание «железа»: процессор, ОЗУ, ПЗУ — через метафору «мозг / краткосрочная память / долгосрочная память»
Добавить mermaid схему
Добавить задачи

Что внутри «коробочки», которая умеет думать?

Компьютер — машина, как велосипед или автомобиль, только у неё нет колёс и педалей: вместо них — детали, которые работают с информацией. Если вы когда-нибудь разбирали пульт от телевизора или смотрели, как устроен фонарик, то понимаете: всё, что работает, состоит из частей. Компьютер — не исключение.

Но есть важное отличие: автомобиль перевозит людей, фонарик — свет, а компьютер — мысли. Точнее, он помогает обрабатывать мысли: записывать, считать, рисовать, сравнивать, запоминать. Поэтому его части устроены не так, как у других машин. Давайте познакомимся с ними — не торопясь, с примерами, с картинкой и даже с задачами, чтобы вы могли проверить, насколько хорошо запомнили.

---

1. Энергия — топливо мысли

Тезис: Для работы любого устройства нужна энергия.

Ничто не работает «само по себе». Даже ваш мозг требует энергии: вы едите, чтобы думать, бегать, смеяться. Так и с компьютером: он не включится, если не получит электрическую энергию.

У маленьких устройств — планшетов, ноутбуков, смартфонов — энергия хранится в аккумуляторе (часто называют «батарейкой», хотя это не совсем то же самое). Аккумулятор — как запасной бак с бензином: он заряжается от розетки, а потом отдаёт энергию, пока устройство работает без провода.

У больших компьютеров — настольных ПК — энергия поступает напрямую из розетки через блок питания. Блок питания выполняет важную работу:

• берёт переменный ток из сети (220 вольт — это опасно для внутренностей компьютера!),
• превращает его в постоянный ток низкого напряжения (обычно 3.3 В, 5 В и 12 В),
• и стабильно подаёт его на все компоненты.

Представьте, что вода течёт по трубам: если напор слишком сильный — трубы лопнут; если слабый — кран не откроется. Блок питания — как умный кран и фильтр одновременно: он следит, чтобы напор был ровно такой, какой нужен.

💡 Интересный факт: если вы выключите компьютер, но не отключите его от розетки, блок питания всё равно подаёт немного энергии на материнскую плату — чтобы компьютер мог «проснуться» по сигналу с клавиатуры, мыши или по расписанию (это называется режим ожидания или standby).

---

2. Внешние части

Компьютер — как робот, который умеет слушать, говорить и показывать. Но у него нет ушей, рта и глаз — вместо этого есть устройства ввода и вывода.

🖱️ Клавиатура и мышь

Это устройства ввода: через них вы посылаете команды.

• Клавиатура — как набор кнопок для слов и чисел. Нажимаете «А» — компьютер получает сигнал: «символ „а“».
• Мышь — как палочка-указка. Двигаете её — курсор на экране двигается. Щёлкаете — компьютер понимает: «выбрали это».

Современные устройства могут работать без проводов (по Bluetooth или Wi-Fi), но суть та же: сигнал → компьютер.

🖥️ Монитор

Это устройство вывода: компьютер показывает через него результат своей работы.
Монитор не «думает» и не «помнит» — он только отображает. Как киноэкран: на нём можно увидеть всё — от игры до таблицы с цифрами, — но сам экран не создаёт изображение: его «рисует» видеокарта (о ней — чуть позже).

📦 Системный блок

Это главный корпус. В нём живут все внутренние части — «мозг», «память», «сердце». Его ещё называют «башка», «системник», «коробка». Но правильнее — системный блок (или case по-английски — просто «корпус»).

⚠️ Важно: ноутбук — это всё в одном: клавиатура, мышь (тачпад), монитор и системный блок собраны вместе. Поэтому внутри ноутбука компоненты устроены компактнее — но принципы те же.

---

3. Внутренние части

Теперь заглянем внутрь системного блока. Там нет шестерёнок и пружинок — только электронные платы, микросхемы и провода. Но чтобы было понятнее, мы будем использовать метафоры из жизни — потому, что ум человеческий так устроен: новое понимается через уже знакомое.

🧠 Процессор (CPU — Central Processing Unit)

Процессор — это главный исполнитель. Он не хранит данные и не рисует картинки — он решает, что делать сейчас.

Представьте, что вы собираете пазл. У вас на столе — кусочки (это данные), инструкция (это программа), и вы сами — собираете. Процессор — это вы: он берёт следующую инструкцию («найти уголок»), смотрит на кусочки в памяти, проверяет, подходит ли, и решает: «да» или «нет». А потом — следующая команда.

Современные процессоры выполняют миллиарды таких действий в секунду. Один «такт» — как один шаг в танце. Чем выше частота (например, 3 ГГц = 3 миллиарда тактов в секунду), тем быстрее процессор «танцует».

Но важна не только скорость шага — важна и сложность шага. Некоторые процессоры могут делать несколько шагов одновременно (это называется многопоточность). Как если бы у вас было несколько рук для пазла.

📓 Оперативная память (ОЗУ, RAM — Random Access Memory)

ОЗУ — это временная, быстрая память.

Когда вы открываете программу (например, браузер), компьютер копирует её из долговременного хранилища (например, с диска) в ОЗУ. Почему? Потому что процессор может брать данные из ОЗУ в сотни раз быстрее, чем с диска.

Но ОЗУ — как стол: если вы уйдёте и выключите свет (выключите компьютер), всё, что лежало на столе, исчезнет. Ничего не сохраняется. Поэтому перед выключением нужно сохранить документ — то есть скопировать его из ОЗУ на постоянное хранилище (диск).

Объём ОЗУ измеряется в гигабайтах (ГБ). Чем больше — тем больше программ можно держать «на столе» одновременно, не мешая друг другу.

📦 Постоянное хранилище (жёсткий диск HDD, SSD, флешка)

Это долговременная память. Здесь лежат:

• операционная система (Windows, macOS, Linux),
• установленные программы,
• ваши фотографии, игры, документы.

Раньше использовали HDD — hard disk drive: внутри — быстро вращающиеся магнитные диски и «головка», которая читает данные, как проигрыватель виниловых пластинок. HDD дёшевы и вмещают много, но медленны и боятся ударов.

Сейчас чаще ставят SSD — solid-state drive: никаких движущихся частей. Данные хранятся в микросхемах, как в большой флешке. SSD быстрее, тише, надёжнее — но дороже за гигабайт.

📌 Уточнение: ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — устаревший термин. Раньше так называли микросхемы, в которые данные записывались один раз (например, при производстве). Сейчас почти всё постоянное хранилище — перезаписываемое (SSD, HDD, флешки), поэтому говорят просто «диск» или «память хранения».

---

4. Как всё работает вместе?

Давайте визуализируем связи. Вот упрощённая, но точная схема взаимодействия основных компонентов:

Пояснение:

• Материнская плата — это «главная улица города», по которой ездят сигналы и данные. На ней установлены разъёмы для всех компонентов.
• Процессор общается напрямую с ОЗУ (очень быстро) и с диском (медленнее).
• Видеокарта — отдельный «художник»: она получает команды от процессора («нарисуй квадрат») и сама формирует изображение для монитора. В простых компьютерах функции видеокарты встроены в процессор (встроенный GPU).
• Клавиатура и мышь подключаются к материнской плате (через USB или Bluetooth) и посылают сигналы напрямую процессору.

---

5. Практические задачи для закрепления

🔹 Задача 1. «Собери компьютер»

Перед вами список компонентов. Разделите их на три группы:
A) Устройства ввода
B) Устройства вывода
C) Внутренние компоненты (не видны снаружи)

Список:

• SSD-накопитель
• Монитор
• Клавиатура
• Процессор
• Блок питания
• Наушники
• Веб-камера
• Оперативная память
• Мышь
• Принтер

(Ответы — в следующей части, чтобы не подглядывали!)

🔹 Задача 2. «Что будет, если…»

Объясните, что произойдёт и почему:
а) Выключили компьютер, не сохранив документ в текстовом редакторе.
б) Отключили блок питания во время копирования файла с диска на флешку.
в) Поставили очень мощную видеокарту, но оставили слабый блок питания.
г) Забыли подключить монитор к видеокарте — но включили компьютер.

🔹 Задача 3. «Метафора наизнанку»

В тексте выше процессор — «мозг», ОЗУ — «стол». Придумайте свою метафору для:

• SSD-диска
• Блока питания
• Материнской платы
  Обоснуйте: почему именно так?

---

Часть 2. Как всё дышит, гудит и говорит друг с другом

6. Видеокарта (GPU)

Если процессор — это универсальный исполнитель, то видеокарта — специалист по геометрии и цвету.

Когда вы играете в игру, смотрите видео или просто двигаете окно по экрану, компьютеру приходится миллионы раз в секунду отвечать на вопрос:

«Какой пиксель (точка на экране) должен быть какого цвета прямо сейчас?»

Это — не просто «вывести картинку». Это расчёт:

• где находится каждый объект в 3D-пространстве,
• как на него падает свет,
• как он отражает или преломляет лучи,
• как меняется при движении камеры…

Всё это — геометрия, тригонометрия, линейная алгебра. Процессор может это делать — но он будет делать это медленно, потому что занят и другими делами (загрузкой уровня, проверкой правил, сетевым подключением и т.д.).

Видеокарта же состоит из тысяч маленьких вычислителей, заточенных только под такие задачи. У неё своя оперативная память — видеопамять (VRAM), куда быстро загружаются текстуры («обои» для стен и персонажей), модели и инструкции.

🖼️ Пример: представьте, что вы рисуете анимацию. Один художник (процессор) мог бы сам рисовать каждый кадр — но это займёт неделю. А если у вас целая студия (видеокарта), где одни рисуют фон, другие — персонажей, третьи — тени, и все работают одновременно — кадры появляются каждые 1/60 секунды.

Современные видеокарты используются не только для игр: их применяют для расчётов в науке (моделирование климата, белков), в искусственном интеллекте (обучение нейросетей), потому что «рисовать картинки» и «перемножать матрицы» — с точки зрения железа — почти одно и то же.

💡 Факт: в телефонах и бюджетных ноутбуках видеокарта встроена в процессор (например, Intel UHD Graphics или AMD Radeon Graphics). Это экономит место и энергию, но жертвует производительностью. Отдельная видеокарта (NVIDIA GeForce, AMD Radeon RX) — как отдельная студия вместо одного художника в гараже.

---

7. Охлаждение

Процессор и видеокарта — как спортсмены на марафоне: чем интенсивнее работают, тем больше выделяют тепла.

Почему тепло — проблема?

• Кремний (материал, из которого делают микросхемы) при перегреве начинает работать нестабильно: сигналы искажаются, команды выполняются с ошибками.
• При температуре выше 95–105 °C большинство процессоров аварийно отключаются — чтобы не сгореть.

Поэтому нужна система охлаждения. Она бывает нескольких типов:

🌬️ Активное воздушное охлаждение

Самое распространённое. Состоит из:

• радиатора — металлической «башни» из тонких пластин (алюминий или медь). Чем больше площадь — тем лучше отдаёт тепло в воздух.
• вентилятора — «дует» на радиатор, ускоряя отвод тёплого воздуха.

Часто между процессором и радиатором наносят термопасту — специальную пасту, которая заполняет микроскопические неровности. Воздух — плохой проводник тепла; термопаста — хороший. Это как плотно прижать лёд к стеклу: если между ними есть пузырьки воздуха — тает медленно; если прижать плотно — быстро.

💧 Жидкостное охлаждение

Для мощных систем (игровые ПК, серверы). Вместо воздуха используется жидкость (обычно вода с присадками), которая переносит тепло эффективнее.

• На процессор ставится водоблок — металлическая крышка, через которую циркулирует жидкость.
• Жидкость идёт по трубкам к радиатору (часто с вентиляторами), где отдаёт тепло в воздух.

Это как система отопления в доме: котёл греет воду → по трубам вода доходит до батарей → в комнатах тепло.

🔇 Пассивное охлаждение

Без вентиляторов. Радиатор большой, массивный — рассчитан на естественную конвекцию (тёплый воздух сам поднимается вверх). Используется в тихих ПК, медиаприставках, некоторых серверах. Но мощность ограничена: если вы не играете и не рендерите видео — хватит; если да — будет перегрев.

🔍 Наблюдение: включите ноутбук и поиграйте 10 минут в 3D-игру. Потом потрогайте его снизу и сбоку (осторожно!). Чувствуете, как одна сторона горячее? Там — процессор и видеокарта. А вентиляторы шумят громче? Это система «дышит» интенсивнее.

---

8. Как данные путешествуют

Представьте город:

• улицы — это проводники на материнской плате,
• машины — это пакеты данных,
• светофоры и развязки — контроллеры и чипсеты.

Все компоненты не соединены напрямую «каждый с каждым» — это было бы хаотично и медленно. Вместо этого есть иерархия «дорог» разной скорости:

🛣️ Шина (bus)

Раньше все компоненты подключались к одной шине (как дома к одной улице). Сейчас так не делают — узкое место.

🚄 PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)

Самая быстрая дорога в современном компьютере. По ней едут:

• видеокарта (обычно по линии x16 — 16 «полос»),
• быстрые SSD-диски (NVMe, подключаются прямо в слот PCIe, а не через SATA),
• сетевые карты высокой скорости.

PCIe работает как точка-точка: у каждого устройства — своя «полоса» до чипсета или процессора. Нет конкуренции за полосу — как выделенная полоса для скорой помощи.

🔌 USB (Universal Serial Bus)

Интерфейс для подключения внешних устройств: мыши, клавиатуры, флешек, принтеров, внешних дисков.
Версии отличаются скоростью:

• USB 2.0 — до 60 МБ/с (подходит для клавиатуры),
• USB 3.2 Gen 2 — до 1 ГБ/с (для внешних SSD),
• USB4 / Thunderbolt 4 — до 40 ГБ/с (почти как внутренний SSD).

USB «умный»: он может питать устройства (заряжать телефон), передавать данные и даже видео (через USB-C и DisplayPort Alt Mode).

📀 SATA (Serial ATA)

Используется для подключения HDD и SSD «в форм-факторе 2.5"». Медленнее PCIe, но надёжна и дешева. Максимальная скорость — около 600 МБ/с, что для HDD — более чем достаточно (они физически не могут быстрее), а для SSD — уже тормозит.

📡 Wi-Fi и Bluetooth — «беспроводные тропинки»

Не провода, а радиоволны. Wi-Fi — для интернета и локальной сети (высокая скорость, но чувствителен к помехам). Bluetooth — для коротких дистанций: наушники, мыши, клавиатуры (низкое энергопотребление).

🔄 Как это работает на практике?
Вы нажимаете клавишу «W» в игре → сигнал идёт по USB-кабелю → чипсет на материнской плате → процессор → процессор решает: «персонаж должен идти вперёд» → посылает команду видеокарте по PCIe → видеокарта пересчитывает изображение → отправляет его на монитор по HDMI/DisplayPort → вы видите движение.
Всё это — за менее чем 16 миллисекунд (1/60 секунды).

---

9. Виртуальная экскурсия

Посмотрим на фотографию (мысленно — или представьте):

[Верх]      → Вентиляторы (вдувают/выдувают воздух)
[Передняя панель] → Кнопка включения, USB-порты, аудиоразъёмы
[Внутри]  
 ├─ Блок питания (снизу или сверху, металлический, с вентилятором)  
 ├─ Материнская плата (большая зелёная плата, покрытая дорожками)  
 │   ├─ Процессор (под квадратным радиатором с кулером)  
 │   ├─ Слоты ОЗУ (длинные разъёмы, в них — прямоугольные планки с микросхемами)  
 │   ├─ Разъёмы PCIe (длинные, разной длины)  
 │   └─ Чипсет (маленький радиатор по центру — «мозг» материнской платы)  
 ├─ Видеокарта (вставлена в самый длинный PCIe-слот, часто крупнее процессора)  
 ├─ Диски:  
 │   ├─ SSD (маленькая «планка», может быть прямо на материнской плате — M.2)  
 │   └─ HDD (металлическая коробка 3.5", крепится в отсеке, слышен лёгкий жужжащий звук)  
 └─ Кабели:  
     ├─ Питание от БП к материнской плате, процессору, видеокарте  
     └─ Данные: SATA-кабели к дискам, USB-кабели к передней панели

🧭 Совет для юного исследователя: если у вас есть старый нерабочий компьютер — попросите взрослого разрешить его аккуратно разобрать. Понаблюдайте: какие части тяжёлые? Какие горячие после работы? Как крепятся кабели? Не включайте его без корпуса — это опасно. Но просто потрогать, рассмотреть — очень полезно.

---

10. Дополнительные задачи и эксперименты

🔹 Задача 4. «Диагностика неисправности»

Вам рассказали:

«Компьютер включается: кулеры крутятся, индикаторы горят. Но на мониторе — чёрный экран. Звуков загрузки нет. Клавиатура не подаёт признаков жизни (Caps Lock не мигает)».

Какие три компонента с наибольшей вероятностью виноваты? Обоснуйте по цепочке: что должно произойти в первую очередь при включении?

🔹 Задача 5. «Сравни технологии»

Заполните таблицу (можно в тетради):

Характеристика	HDD	SSD (обычный)	SSD (NVMe, PCIe)
Принцип работы
Есть движущиеся части?
Скорость чтения (примерно)	~100 МБ/с	~500 МБ/с	~3500 МБ/с
Устойчивость к ударам
Шум при работе
Цена за 1 ТБ (примерно)	~`2 000 ₽	~4 000 ₽	~6 000 ₽

🔹 Эксперимент 1. «Измерь скорость реакции»

1. Откройте текстовый редактор (Блокнот, Notepad++, Google Docs).
2. Нажмите и удерживайте клавишу (например, «A»). Через секунду отпустите.
3. Посчитайте, сколько символов напечаталось.
4. Разделите на время удержания (в секундах) — получите частоту опроса клавиатуры (в герцах).

Повторите с мышью: быстро двигайте курсор кругами — заметьте, плавно ли он движется, или «скачет». Это зависит от частоты опроса мыши (обычно 125 Гц, 500 Гц или 1000 Гц). Чем выше — тем точнее управление (важно в играх!).

🔹 Эксперимент 2. «Тепловая карта»

Если у вас Windows:

• Откройте «Диспетчер задач» (Ctrl+Shift+Esc) → вкладка «Производительность».
• Посмотрите: сколько % загружен процессор? Сколько памяти используется?
• Запустите браузер с 10 вкладками YouTube — посмотрите, как выросла загрузка CPU и RAM.
• Запустите игру или Blender (рендер 3D) — посмотрите, как загрузилась видеокарта (если есть отдельный GPU — будет отдельный график).

Это — «пульс» компьютера в реальном времени.

---

Часть 3. Материнская плата

12. Материнская плата

Многие думают: материнская плата — это «подставка», на которую вкручивают всё остальное. На самом деле — это центральная нервная система компьютера.

Она выполняет три ключевые функции:

1. Физическая: даёт крепления, разъёмы, дорожки для всех компонентов.
2. Электрическая: распределяет питание от блока питания с нужным напряжением и током.
3. Логическая: координирует обмен данными между процессором, памятью, дисками, периферией — через чипсет и встроенные контроллеры.

🧩 Основные элементы платы

Элемент	Что это	Аналогия	Почему важен
Сокет процессора	Разъём под CPU — металлическая «раковина» с сотнями контактов	Гнездо для лампочки, но не просто держатель — через него идёт весь обмен данными и питанием	Только один процессор может быть установлен. Форма сокета (LGA1700, AM5 и т.д.) определяет, какие CPU подходят. Нельзя поставить Intel в сокет AMD — как левую перчатку на правую руку.
Слоты ОЗУ (DIMM)	Длинные разъёмы с защёлками по краям	«Карманы для рабочих листов»	Обычно 2 или 4 слота. Компьютер может работать и с одной планкой, но с двумя — быстрее (два канала памяти). Планки должны быть одного типа (DDR4 или DDR5) — физически не вставятся иначе.
Чипсет	Микросхема (часто под маленьким радиатором) около процессора	«Мэр города» или «начальник станции»	Управляет «второстепенными» дорогами: USB, SATA, PCIe x1, звук, сеть. Процессор — «президент», но не может лично отвечать на каждый запрос от мыши. Чипсет фильтрует, направляет, буферизует.
Разъёмы PCIe	Длинные слоты разной длины (x1, x4, x16)	«Экспресс-полосы скорой помощи»	x16 — только для видеокарты (или очень быстрых SSD). x1 — для Wi-Fi-адаптеров, звуковых карт. Длина = количество линий = пропускная способность.
Разъёмы питания	24-контактный (материнская плата) + 4/8-контактный (процессор)	«Главная и резервная магистрали с топливом»	Без них — ни включение, ни стабильность. Блок питания обязан иметь эти разъёмы.
M.2-слот	Маленький разъём-«пазл» прямо на плате	«Прямой лифт в хранилище»	Сюда вставляются NVMe-SSD — они подключены напрямую к PCIe, минуя SATA. Очень быстро.

🔍 Наблюдение: если посмотреть на плату, видно: самые толстые медные дорожки идут от сокета к слотам ОЗУ и PCIe x16. Это — «магистрали высокой нагрузки». Тонкие дорожки — к чипсету, USB, аудиоразъёмам. Это — «улицы районного значения».

---

13. Как компьютер «просыпается»

Когда вы нажимаете кнопку Power, ничего не происходит мгновенно. Запускается ритуал пробуждения, состоящий из строго фиксированных шагов. Он называется POST (Power-On Self-Test — самотестирование при включении).

Этапы POST:

1. Подача дежурного питания
   Даже при выключенном ПК блок питания подаёт +5VSB (Standby) на материнскую плату. Поэтому:

   • можно включить ПК по LAN (Wake-on-LAN),
   • USB-порты могут заряжать телефон,
   • кнопка Power «живая».

2. Запуск Super I/O и инициализация минимального железа
   Маленький чип на плате (Super I/O) включает:

   • тактовый генератор (начинает выдавать тактовые импульсы — «сердцебиение»),
   • сброс всех компонентов («все на стартовых позициях!»),
   • питание процессора и ОЗУ.

3. Запуск микрокода процессора
   Процессор — не «чистый кремний». В нём есть микрокод — программа, зашитая производителем (Intel/AMD), которая управляет внутренними операциями (как именно выполнять команду ADD). Она загружается из ПЗУ на материнской плате.

4. Запуск BIOS/UEFI
   Процессор обращается к микросхеме SPI Flash (обычно 16–32 МБ, чёрная, 8-контактная), в которой хранится:

   • BIOS (устаревшее) или UEFI (современное) — прошивка,
   • таблицы конфигурации,
   • драйверы для базовых устройств (клавиатура, видеовыход, Flash-память).

   ❗ BIOS ≠ UEFI:

   • BIOS — 16-битная система 1980-х, работает в реальном режиме процессора, макс. 1 МБ адресного пространства. Не поддерживает диски >2 ТБ.
   • UEFI — 32/64-битная, имеет графический интерфейс, драйверы в формате PE (как Windows), поддерживает Secure Boot, сетевую загрузку, диски до 9 зеттабайт.

   UEFI — это мини-операционная система, загружающаяся до Windows/Linux. Она может:

   • показать интерфейс настройки (F2/Del),
   • обновить саму себя («прошить BIOS»),
   • запустить диагностику (MemTest86),
   • загрузиться с USB даже без HDD.

5. Инициализация ОЗУ
   UEFI проверяет: сколько планок, какая частота, тайминги. Запускает калибровку — находит стабильные параметры для работы. Если ОЗУ неисправна — звуковые сигналы (beep-коды) или сообщение на экране.

6. Опрос периферии

   • По PCIe — ищет видеокарту. Если нет — использует встроенную графику (если есть).
   • По SATA/USB — ищет загрузочные устройства (диски, флешки).
   • По LPC (Low Pin Count) — обращается к TPM-чипу (для шифрования).

7. Загрузка ОС (Boot)
   UEFI читает загрузчик (например, bootmgfw.efi для Windows) с выбранного диска и передаёт ему управление. С этого момента — работает уже операционная система.

💡 Практический совет: если компьютер не включается — послушайте звуки.

• Один короткий звук — всё в порядке (POST пройден).
• Повторяющиеся короткие — ошибка ОЗУ.
• Длинный + короткие — ошибка видеокарты.
  Коды зависят от производителя (AMI, Award, Phoenix), но принцип один: звук — первая диагностика.

---

14. ОЗУ

Мы говорили, что ОЗУ — «стол». Но как работает этот стол?

Физика модуля DDR4/DDR5:

• Планка ОЗУ — это не одна микросхема, а несколько чипов, соединённых параллельно.
• Каждый чип делится на банки → страницы → строки и столбцы.
• Процессор не говорит «дай байт №1 000 000», а:
  1. «Активируй банк 3, строку 128» → чип открывает всю строку (это медленно — CAS Latency),
  2. «Дай мне столбцы 5–8 из этой строки» → чтение очень быстро.

Поэтому ОЗУ эффективна, когда данные идут подряд (как строка в массиве). Если прыгать туда-сюда — много «открытий строк» → тормоза.

Почему DDR4 и DDR5 несовместимы?

• DDR4: напряжение 1.2 В, частоты 2133–3200 МГц, 288 контактов.
• DDR5: 1.1 В, 4800–6400+ МГц, встроенный контроллер питания на самой планке, 288 контактов — но ключ (вырез) смещён.

Физически не вставится. И даже если бы — протокол обмена другой. Как попытка вставить SD-карту в слот microSD без адаптера.

Два канала памяти

Если установить две одинаковые планки в слоты одного цвета (обычно слот 1 и 3), процессор может читать/писать одновременно по двум 64-битным каналам → 128 бит за такт.

Это как две кассы в магазине: одна обслуживает 10 человек за 5 минут, две — 20 человек за те же 5 минут. Не быстрее каждая, но больше в сумме.

---

15. Сетевые интерфейсы

Компьютер редко бывает один. Он входит в сеть — локальную (дома) или глобальную (Интернет). Для этого нужны сетевые контроллеры.

📡 Ethernet (проводной)

• Разъём RJ-45 (похож на телефонный, но шире).
• Скорости: 10/100/1000 Мбит/с (Gigabit), 2.5/5/10 Гбит/с (новые платы).
• В чипсете или отдельной микросхеме (Intel I225, Realtek RTL8125).
• Передаёт данные пакетами — как конверты с адресом получателя.

📶 Wi-Fi и Bluetooth

• Встроены в материнскую плату (через разъём M.2 Key E) или как отдельная PCIe-карта.
• Чипы: Intel AX210 (Wi-Fi 6E + Bluetooth 5.3), MEDIATEK, MEDIATEK.
• Работают в диапазонах 2.4 ГГц (дальше, но помехи) и 5/6 ГГц (быстрее, но хуже проходит стены).

🔌 Как это «цепляется» к ОС?
Устройство (например, Wi-Fi-адаптер) имеет MAC-адрес — уникальный «паспорт» (например, A4:34:D9:11:22:33).
Когда вы подключаетесь к роутеру, он выдаёт IP-адрес (например, 192.168.1.15) — это уже «почтовый индекс» в локальной сети.
Без MAC — устройство не опознается. Без IP — не дойдёт пакет.

🌐 Протоколы: TCP/IP как «почтовая система»

• IP — как доехать до адреса (маршрутизация).
• TCP — гарантия доставки: если пакет потерян — отправит заново.
• UDP — без гарантии, но быстрее (видеозвонки, онлайн-игры).

Представьте:

• IP — это маршрут от Москвы до Санкт-Петербурга.
• TCP — курьер с подтверждением получения.
• UDP — бросить открытку в окно поезда — быстро, но может не долететь.

---

16. Периферия будущего

«Периферия» — всё, что подключается снаружи. Современные устройства стирают грань между «внутри» и «снаружи».

Устройство	Как подключается	Что делает «под капотом»
3D-принтер	USB / Wi-Fi	Компьютер отправляет G-код — инструкции вроде «двигай сопло на 0.1 мм вправо, подавай пластик 210°C». Плата принтера (часто на ARM-процессоре) исполняет их.
VR-шлем (Meta Quest)	USB-C / Wi-Fi 6E	Передаёт видео по 90 кадров/сек на каждый глаз (итого 180 Гбит/с данных!). Использует сжатие без потерь (Display Stream Compression). Датчики (гироскопы, камеры) шлют данные о движении головы — компьютер корректирует изображение в реальном времени.
Умные часы	Bluetooth LE	Работают по профилям: HRS (пульс), GPS, ANCS (уведомления). Часы — не «глупый дисплей»: внутри — процессор (например, Nordic nRF52), ОЗУ, Flash, радио. Могут обрабатывать данные до отправки на телефон.
Сканер отпечатков	USB / I²C (встроенный)	Снимает изображение кожи → выделяет узор (минуты, острова) → превращает в шаблон (математическое описание, не фото!) → хранит в защищённой зоне (TPM/Secure Enclave).

🌐 Ключевая идея: всё это — вычислительные устройства. Разница не в «уме», а в специализации. Часы не заменят ПК — но они часть распределённой системы, где каждый узел делает то, что у него лучше всего получается.

---

17. Задачи и проекты

🔹 Задача 6. «Сборка на бумаге»

Вы получили заказ: собрать ПК для школьного кружка робототехники. Требования:

• Запускать Python-скрипты, Arduino IDE, симуляторы (например, Gazebo).
• Подключать 3–4 USB-устройства одновременно (робот, камера, датчики).
• Бюджет — 60 000 ₽.

Выберите только эти компоненты (остальное — в следующих главах):

• Тип процессора (Intel Core i5 / AMD Ryzen 5 / что-то другое?)
• Объём и тип ОЗУ (DDR4/DDR5? 16 или 32 ГБ?)
• Тип диска (SSD SATA, NVMe?) и объём
• Нужна ли отдельная видеокарта?
  Обоснуйте каждый выбор — не «потому что так написано в обзоре», а исходя из нагрузки.

🔹 Проект 1. «Карта POST-кодов»

Изучите beep-коды для двух производителей BIOS:

• AMI (American Megatrends)
• Award/Phoenix

Создайте таблицу:

Код (звуки)	Ошибка	Что проверить в первую очередь?

Пример:
| 1 длинный + 2 коротких | Ошибка видеокарты | Проверить, плотно ли вставлена в слот; попробовать другую видеокарту или встроенную графику. |

🔹 Проект 2. «Интерфейсы в доме»

Пройдитесь по квартире с блокнотом. За 10 минут найдите и запишите:

• Сколько устройств подключено по Ethernet?
• Сколько — по Wi-Fi?
• Есть ли устройства с Bluetooth? Какие профили они используют (наушники? клавиатура?)
• Есть ли USB-устройства без ПК (зарядка, колонка, лампа)?

Постройте «карту сетей» вашей квартиры — как выглядит цифровая экосистема в реальности.

---

Часть 4. Хранение, питание и первый шаг

18. SSD

Когда мы говорим «SSD», большинство представляет «флешку, но большую». Но флеш-память — это квантовомеханическое устройство, и её работа опирается на туннелирование электронов через изолятор. Да — речь о квантовой физике внутри вашего ноутбука.

🔬 Структура NAND-ячейки (основа SSD)

В основе SSD — массив ячеек NAND Flash. Каждая ячейка — это модифицированный полевой транзистор с плавающим затвором (floating gate).

┌──────────────────────┐
│   Управляющий затвор (Control Gate)  
├──────────────────────┤ ← Тонкий оксидный слой (~5–10 нм)
│   Плавающий затвор (Floating Gate)  ← Здесь «сидят» электроны
├──────────────────────┤ ← Толстый оксидный барьер
│   Канал (Source–Drain)  
└──────────────────────┘

• Запись (Program):
  На управляющий затвор подаётся высокое напряжение (~20 В). Электроны в канале туннелируют (квантовый эффект!) через тонкий оксид и попадают в плавающий затвор → ячейка «заряжена» → значение 0.

• Стирание (Erase):
  Напряжение подаётся на подложку, а управляющий затвор заземлён. Электроны вытаскиваются обратно → ячейка «разряжена» → значение 1.

⚠️ Важно:

• Стирание возможно только блоками (обычно 256 КБ–4 МБ),
• Запись — страницами (обычно 4–16 КБ),
• Из-за этого:
  • Нельзя просто «переписать» один байт — надо прочитать блок, изменить страницу, стереть блок, записать заново.
  • Это создаёт «записной долг» — write amplification (WA). Чем выше WA — тем быстрее износ.

📊 Типы ячеек: SLC, MLC, TLC, QLC, PLC

Тип	Бит/ячейку	Стойкость (циклов)	Скорость	Стоимость	Где используется
SLC (Single-Level Cell)	1	100 000	Очень высокая	Очень высокая	Аэрокосмос, медицина
MLC (Multi-Level Cell)	2	3 000–10 000	Высокая	Высокая	Серверы, энтузиасты
TLC (Triple-Level Cell)	3	500–3 000	Средняя	Средняя	Бытовые SSD (большинство)
QLC (Quad-Level Cell)	4	100–1 000	Низкая (при заполнении)	Низкая	Дешёвые SSD, кэширование
PLC (Penta-Level Cell)	5	<100	Очень низкая	Очень низкая	Экспериментальные образцы

Чем больше бит в ячейке — тем тоньше различия в уровне заряда. При 4 битах (QLC) нужно точно различать 16 уровней напряжения. Шум, старение, температура — всё снижает точность. Поэтому QLC-диски:

• при пустом состоянии — быстрые (используют SLC-кэш),
• при заполнении >80% — резко замедляются,
• требуют мощных контроллеров и алгоритмов коррекции ошибок (LDPC).

🛠️ Wear leveling и TRIM

• Wear leveling (выравнивание износа):
  Контроллер SSD перемешивает физические адреса, чтобы все ячейки изнашивались равномерно. Как если бы вы писали в тетради не по порядку, а случайно — чтобы не прорвалась одна страница.

• TRIM:
  Когда ОС удаляет файл, она не стирает данные на SSD — просто помечает блок как «ненужный». Без TRIM SSD не знает этого и будет перезаписывать «мёртвые» данные → рост WA.
  Команда TRIM — это сигнал от ОС: «блок X больше не используется — можешь стереть его в фоне».
  Работает только при:

  • поддержке ОС (Windows 7+, Linux 2.6.33+),
  • поддержке контроллера SSD,
  • интерфейсе SATA/AHCI или NVMe (USB-SSD часто не поддерживают TRIM!).

💡 Эксперимент:
В Windows:

fsutil behavior query DisableDeleteNotify

Если 0 — TRIM включён.
В Linux:

sudo lsblk --discard

Если в колонке DISC-GRAN и DISC-MAX числа — TRIM поддерживается.

---

19. Блок питания

Блок питания (БП) — один из самых недооценённых компонентов. Дешёвый БП может:

• «просаживать» напряжение под нагрузкой → сбои, синие экраны,
• выдавать пульсации → перегрев компонентов,
• не справляться с пиковыми нагрузками (например, при старте видеокарты) → отключение.

🔌 Архитектура современного БП (ATX 3.0)

1. Выпрямление и фильтрация переменного тока
   Сетевое напряжение 220 В 50 Гц → диодный мост → ~310 В постоянного тока.
   Конденсаторы сглаживают пульсации.

2. Активный корректор коэффициента мощности (Active PFC)
   Без PFC компьютер «берёт из сети» ток импульсами — это создаёт помехи и снижает КПД сети.
   Active PFC превращает синусоиду напряжения в синусоиду тока → КПД сети растёт, БП меньше греется.

3. Инвертор (LLC-резонансный преобразователь)
   Постоянный ток ~310 В → преобразуется в высокочастотный переменный (50–500 кГц) → подаётся на трансформатор.
   Чем выше частота — тем меньше размер трансформатора. Это позволяет делать компактные БП высокой мощности.

4. Выпрямление и стабилизация на вторичной стороне
   Трансформатор понижает напряжение → диоды Шоттки (меньше потери) → стабилизация до +12 В, +5 В, +3.3 В.
   Обратная связь через оптрон — гальваническая развязка для безопасности.

5. Контроллер напряжения (OCP, OVP, UVP, SCP)

   • OCP — защита от перегрузки по току,
   • OVP/UVP — от перенапряжения/пониженного напряжения,
   • SCP — от короткого замыкания.
     При срабатывании — БП аварийно отключается (не перезагружается!).

📏 Сертификации

Уровень	КПД при 20% нагрузке	при 50%	при 100%	Мин. мощность для сертификации
80 PLUS	80%	80%	80%	Любая
Bronze	82%	85%	82%	—
Silver	85%	88%	85%	—
Gold	87%	90%	87%	—
Platinum	90%	92%	89%	—
Titanium	90%	94%	91%	>1 kW

Золотой БП 650 Вт при нагрузке 325 Вт (50%) отдаёт 325 Вт, потребляет ~361 Вт → теряет 36 Вт в виде тепла. Бронзовый — теряет ~48 Вт. Разница — 12 Вт × 5 часов = 60 Вт·ч/день → ~22 кВт·ч/год. Это — деньги и температура корпуса.

💡 Правило выбора БП:

• Суммарная пиковая мощность системы × 1.3–1.5 (запас на пики и старение),
• ATX 3.0 для видеокарт RTX 40xx (у них 12VHPWR-разъём — один кабель вместо 2×8-pin),
• Полностью модульный — чтобы не ворошить «гнездо змей» внутри корпуса.

---

20. Как собрать ПК самому

Это не «распакуй и вставь». Это проектирование системы под задачу. Мы пройдём 7 этапов — от спецификации до первого POST-сигнала.

📋 Этап 1. Формулировка требований (ТЗ)

Пример:

«ПК для занятий в IT-кружке: Python, веб-разработка, базы данных, лёгкое 3D-моделирование (Blender), подключение Arduino и Raspberry Pi. Должен работать 4 часа без перегрева. Бюджет — 70 000 ₽.»

Из этого делаем выводы:

• Процессор: много ядер не критично → 6 ядер / 12 потоков достаточно (i5-13400 / R5 7500F),
• ОЗУ: 32 ГБ DDR5 — Blender и виртуальные машины едят память,
• Диск: 1 ТБ NVMe SSD — быстрая загрузка проектов,
• Видеокарта: RTX 3050 или RX 6600 — для GPU-рендера в Blender и обучения нейросетей (CUDA/OpenCL),
• БП: 550–650 Вт Gold,
• Охлаждение: башенный кулер — тише и надёжнее боксового.

🧰 Этап 2. Подбор компонентов с совместимостью

Компонент	Выбор	Почему?	Проверка совместимости
Материнская плата	MSI PRO B660M-A DDR4	B660 — поддержка i5-13400, DDR4 (дешевле DDR5), M.2, 6× SATA, 2.5 Гбит Ethernet	Сайт MSI → «Support CPU list» → проверить, есть ли i5-13400
ОЗУ	Kingston FURY Beast 32 ГБ (2×16 ГБ) DDR4-3200	Две планки — двухканальный режим, 3200 МГц — стабильно для B660	Проверить QVL (Qualified Vendor List) на сайте материнской платы
SSD	WD Black SN770 1 ТБ (NVMe PCIe 4.0)	Высокая скорость записи, DRAM-кэш отсутствует, но контроллер хорош	Физически встанет в M.2 слот (ключ M), логически — поддержка PCIe 4.0 на B660 (да, есть)
Видеокарта	Gigabyte RTX 3050 EAGLE	8 ГБ VRAM — хватит для обучения малых моделей, 170 Вт — БП 550 Вт потянет	Длина 200 мм — проверить габариты корпуса

🛠️ Инструменты проверки:

• PCPartPicker — автоматическая проверка совместимости,
• Сайты производителей — QVL, CPU Support List,
• UserBenchmark — реальные замеры производительности.

🔩 Этап 3. Сборка

1. Подготовка:

   • Рабочее место — чистое, без ковров (статика!),
   • Антистатический браслет или касание батареи отопления каждые 5 минут,
   • Все компоненты — в антистатической упаковке до момента установки.

2. Установка CPU:

   • Открыть рычаг сокета,
   • Совместить метки (треугольник на CPU и сокете),
   • Опустить CPU без нажима — он сам сядет на контакты,
   • Закрыть рычаг — плавно, но с усилием (до щелчка).

3. Термопаста:

   • На боксовых кулерах — уже нанесена,
   • На сторонних — горошина размером с рисовое зерно в центр. Не размазывать! Давление кулера равномерно распределит.

4. Кулер:

   • Винты затягивать по диагонали, как колёса автомобиля — чтобы плата не искривилась.

5. ОЗУ:

   • Открыть защёлки,
   • Вставить планку до чёткого щелчка с обеих сторон (если не щёлкнуло — перезагрузка не состоится).

6. Материнская плата в корпус:

   • Установить стойки (standoffs) — только в отверстия, соответствующие плате,
   • Не перекручивать винты — можно повредить дорожки.

7. Кабели:

   • 24-pin ATX — до упора (иногда нужно нажать с двух сторон),
   • 8-pin CPU — рядом с сокетом,
   • PCIe 8-pin — к видеокарте,
   • SATA-данные — к SSD/HDD,
   • SATA-питание — от БП.

⚠️ Самая частая ошибка: забыть подключить 4/8-pin CPU или PCIe к видеокарте. Результат: POST не проходит, вентиляторы крутятся, но экран чёрный.

🔌 Этап 4. Первое включение (без ОС)

1. Подключить только:

   • БП к сети,
   • Клавиатуру (USB),
   • Монитор (к видеокарте, не к материнской плате!).

2. Нажать Power.

   • Если один короткий звук и логотип UEFI — успех!
   • Если зависло на логотипе — зайти в UEFI (Del/F2), сбросить настройки (Load Optimized Defaults).

3. В UEFI:

   • Проверить: определилась ли ОЗУ (32 ГБ),
   • Определился ли SSD (в разделе Storage),
   • Вентиляторы — в разделе Hardware Monitor (температура CPU <50°C в простое).

💾 Этап 5. Установка ОС

• Создать загрузочную флешку (Rufus / BalenaEtcher),
• В UEFI:
  • Отключить Secure Boot (если ставите Linux),
  • Выставить приоритет загрузки — USB первым,
• Установить ОС,
• Установить драйверы только с сайта производителя (не с диска в коробке!).

---

21. Задачи и рефлексия

🔹 Задача 7. «Диагностика износа SSD»

У вас SSD на 500 ГБ. Через 2 года CrystalDiskInfo показывает:

• Health Status: Good
• Total Host Writes: 1 200 ТБ
• Wear Leveling Count: 92%
• Reallocated Sectors Count: 12

Что означают эти параметры? Когда ожидать отказа? Можно ли доверять данным?

🔹 Задача 8. «Расчёт БП»

Система:

• Ryzen 7 7800X3D (TDP 120 Вт, пик — 160 Вт),
• RTX 4070 (TDP 200 Вт, пик — 285 Вт),
• 4 вентилятора × 3 Вт,
• 2 SSD × 5 Вт,
• Материнская плата — 30 Вт.

Какой минимальный БП нужен? Какой — рекомендуемый? Почему?

🔹 Рефлексия

Напишите 3 утверждения, которые изменили ваше понимание:

1. Раньше я думал, что…
2. Теперь я знаю, что…
3. Это важно, потому что…

Пример:

Раньше я думал, что SSD «ломается», когда заканчивается место.
Теперь я знаю, что SSD ломается от циклического износа ячеек, даже если место есть.
Это важно, потому что резервное копирование нужно делать не тогда, когда диск полон, а регулярно, независимо от заполнения.*

---