Устройство ЭВМ

1. Принцип построения ЭВМ

1.1. Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ

Электронно-вычислительная машина - это универсальное электронное устройство, предназначенное для работы с информацией.

Строго говоря, ЭВМ включает в себя две части: аппаратную часть (HARDWARE) и программную часть (SOFTWARE). Аппаратная часть - это все оборудование, которое входит в состав компьютера, а программная часть (программное обеспечение) - это те программы, которые в компьютере работают. Следует отметить, что сам по себе компьютер без программы работать не будет.

Под конфигурацией компьютера понимают его состав. Аппаратная конфигурация - это устройства, которые входят в состав компьютера, а программная конфигурация - это те программы, которые вы на своем компьютере установили.

Работа компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность человека. Существуют три основных вида информационной деятельности человека:

Прием (ввод) информации;

Запоминание информации (хранение информации);

Передача (вывод) информации.

Компьютер в своем составе имеет устройства, выполняющие эти функции человека:

Устройства ввода;

Устройство памяти;

Процессор (устройство обработки информации);

Устройства вывода.

http://pandia.ru/text/78/505/images/image002_31.gif" width="550" height="86 src=">

http://pandia.ru/text/78/505/images/image004_14.gif" width="146">Такой магистрально-модульный принцип построения ЭВМ сейчас получил широкое распространение, т. к. обладает разными достоинствами:

1. Процессор управляет всеми устройствами с помощью одних и тех же команд;

2. Можно подключать к магистрали новые внешние устройства;

3. Можно легко заменять вышедшие из строя или устаревшие модули на новые.

4. Из готовых модулей можно составлять ЭВМ разной мощности и назначения.

Такой принцип построения ЭВМ часто называют принципом открытой архитектуры. Для того, чтобы части компьютера подходили друг к другу, регламентируются и стандартизируются входные и выходные параметры каждого из модулей, а также условия их сопряжения друг с другом.

У компьютера бывают внешние устройства и внутренние. Внешние устройства еще часто называют периферийными устройствами или просто периферией. К периферии относятся, как правило, устройства для приема и выдачи информации. К внутренним относятся те устройства, которые находятся внутри системного блока. В основном они занимаются обработкой и хранением информации.

Процессор осуществляет обработку информации и управляет работой других блоков. Обращение процессора к внешнему устройству похоже на вызов абонента по телефону. Все устройства пронумерованы. Когда нужно обратиться к внешнему устройству, в магистраль посылается его номер. Как и телефон, устройство может быть занято или свободно. Приняв сигнал «свободно», процессор посылает этому устройству необходимую информацию. Каждое внешнее устройство снабжено приемником сигналов – контроллером (или адаптером ). Контроллер играет роль телефонного аппарата. Оно принимает сигнал от процессора и дешифрует его, согласовывает работу каждого устройства с центральным процессором.

1.2. Принципы Джона фон Неймана

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, сформулированных американским ученым Джоном фон Нейманом еще в 1945 году в его предложениях по машине EDVAC. Эта ЭВМ была одной из первых машин с хранимой программой, т. е. программой, хранящейся в памяти машины, а не считываемой с перфокарты или другого подобного устройства. Перечислим основные принципы Джона фон Неймана:

1. Принцип программного управления. Работа ЭВМ осуществляется под управлением программы.

2. Принцип хранимой программы. Программа хранится в памяти ЭВМ как и остальные данные с которыми работает машина.

3. Принцип двоичного кодирования. Вся информация в компьютере кодируется в двоичном коде.

4. ЭВМ должна состоять из:

· арифметико-логического устройства, предназначенного для выполнения арифметических и логических операций;

· устройства управления, которое управляет всей работой машины;

· запоминающего устройства;

· устройства ввода-вывода информации.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления обычно объединяются в одно, называемое центральным процессором.

2. Внутренние устройства ЭВМ

2.1. Процессор (центральный)

Центральный процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Это наиболее сложный компонент ЭВМ как с точки зрения электроники, так и с точки зрения функциональных возможностей. Микропроцессор, как правило выполнен на одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС).

В состав центрального процессора входят арифметико-логическое устройство, устройство управления, внутренняя регистровая память (регистры), КЭШ-память и некоторые другие устройства.

1. АЛУ - арифметико-логическое устройство , предназначенное для выполнения арифметических и логических операций (то есть является собственно вычислителем ЭВМ). Операции выполняются с помощью электронных схем , каждая из которых состоит из нескольких тысяч элементов. Микросхемы имеют высокую плотность и быстродействие. На современном технологическом уровне все АЛУ можно разместить на одном кристалле полупроводникового элемента размером с конторскую скрепку.

Арифметико-логическое устройство формирует по двум входным переменным одну – выходную, выполняя заданную функцию (сложение, вычитание, сдвиг и т. д.). Выполняемая функция определяется микрокомандой, получаемой от устройств управления.

Действия с действительными числами (представленными в форме с плавающей запятой) выполняются в специальном блоке. В некоторых компьютерах (например, в IBM-386) с этой целью использовался арифметический сопроцессор .

В АЛУ имеются собственные регистры. Это набор программно-доступных быстродействующих ячеек памяти, которые называются регистрами процессора .

2. УУ - устройство управления , обеспечивающее общее управление логическим процессом по программе, хранящейся в основной памяти, и координацию работы всех устройств ПЭВМ. В простейшем случае УУ имеет в своем составе три устройства – регистр команд , который содержит код команды во время ее выполнения, программный счетчик , в котором содержится адрес очередной подлежащей выполнению команды, регистр адреса , в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти. Для связи пользователя с ЭВМ предусмотрен пульт управления , который позволяет выполнять такие действия, как сброс ЭВМ в начальное состояние, просмотр регистра или ячейки памяти, пошаговое выполнение программы при ее отладке и т. д.

3. Среди обязательного набора регистров процессора можно отметить следующие. Регистр данных – служит для временного хранения промежуточных результатов при выполнении операции. Регистр аккумулятор – регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат выполнения команды умножения). Регистр указатель стека – используется при операциях со стеком, т. е. такой структурой данных, которая работает по принципу: последним вошел – первым вышел, т. е. последнее записанное в него значение извлекается из него первым. Пока отметим только, что стеки используются для организации подпрограмм. Индексные, указательные и базовые регистры используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти. Регистры-счетчики используются для организации циклических участков в программах. Регистры общего назначения, имеющиеся во многих ЭВМ, могут использоваться для любых целей.

Микропроцессор характеризуется:

1) тактовой частотой;

2) разрядностью;

3) архитектурой.

1) Тактовая частота определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в микропроцессоре. Работа микропроцессора (МП) синхронизируется импульсами тактовой частоты от задающего генератора. Чем выше тактовая частота МП (при прочих равных условиях) тем выше его быстродействие.

Быстродействие - скорость обработки информации (измеряется количеством операций в секунду). При одинаковой тактовой частоте быстродействие ПЭВМ может быть различно.

Pentium: частота от 75 до 266 МГц. Тактовая частота указывается сразу за моделью микропроцессора: Pentium /100.

2) Разрядностью МП называют максимальное количество разрядов двоичного кода, которые могут передаваться или обрабатываться одновременно.

Понятие «разрядность» включает:

· разрядность внутренних регистров МП;

· разрядность шины данных;

· разрядность шины адреса

Определяющую роль в принадлежности МП к тому или иному классу играет разрядность внутренних регистров (внутренняя длина слова ). Она измеряется количеством бит информации, которую можно одновременно хранить или обрабатывать в них.

Разрядность шины данных измеряется количеством информации, которую можно передать по шине за один такт. От разрядности шины данных (внешней длины слова ) зависит скорость передачи информации между МП и другими устройствами.

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство МП , то есть максимальное количество полей (обычно байтов) памяти, к которым можно осуществить доступ. Если, например, разрядность шины адреса равна 20, то общее количество адресуемых ячеек памяти составит 220, т. е. примерно, один миллион ячеек.

3) Архитектура процессора в основном характеризуется набором тех регистров, которые входят в состав процессора.

2.2. Память

Память – устройство, предназначенное для приема, хранения и выдачи информации. Память делится на внешнюю и внутреннюю. Если объем внутренней памяти ограничен, то внешней не ограничен.

Основные характеристики памяти:

· Время доступа (быстродействие). Это промежуток времени, за который может быть записана или прочитана порция информации (например, содержимое ячейки памяти) после подачи ее адреса и соответствующего управляющего сигнала.

· Ёмкость. Ёмкость определяет максимальное количество информации, которое может храниться в памяти.

Чем больше емкость памяти, тем медленнее к ней доступ, поэтому в ЭВМ существует несколько запоминающих устройств, различающихся емкостью и быстродействием.

Таблица 1

Устройства памяти	Время доступа, с	Емкость, бит
Регистры
Оперативная память
Внешняя память

2.3. Внутренняя память

Внутренняя память – это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в операциях. Она имеет достаточно высокое быстродействие, но ограниченный объем.

На логическом уровне внутренняя память представляет собой совокупность ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер или адрес. К содержимому ячеек можно обращаться путем указания их адресов. Каждая ячейка может быть использована для хранения либо порции данных, либо команды. В большинстве современных ЭВМ ячейка имеет разрядность 1 байт. Совокупность битов, которые АЛУ может одновременно поместить в регистр или обработать, обычно называют машинным словом .

Внутренняя память делится на ОЗУ и ПЗУ.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) служит для приема, временного хранения и выдачи информации. В нем содержатся программы и данные, доступные для использования процессором, а также промежуточные и окончательные результаты вычислений. ОЗУ является энергозависимым, т. е. при отключении питания информация из него исчезает (если нет батарейного или аккумуляторного питания). Оперативная память собирается на ферритовых сердечниках или полупроводниковых микросхемах.

Микропроцессор использует в своей работе только информацию, хранимую во внутренней памяти. Если же необходимые программы или данные находятся на другом устройстве, то они должны быть перед использованием помещены в ОЗУ.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) является энергонезависимым и обеспечивает надежное хранение и выдачу информации. Содержимое ПЗУ не может быть изменено. В нем хранятся часто используемые (универсальные) программы и данные (например, программа базовой системы ввода-вывода (BIOS – Basic Input and Output System), программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера, программа настройки конфигурации компьютера).

CMOS – полупостоянная память, предназначенная для хранения параметров конфигурации компьютера. Она обладает низким энергопотреблением. Для нее используется специальный аккумулятор, поэтому ее содержимое не исчезает при выключении компьютера.

Кэш-память – сверхоперативная память, предназначена для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и ее извлечением из оперативной памяти. Она располагается как бы между микропроцессором и ОЗУ. Время доступа к кэш-памяти меньше, чем к обычной памяти.

В кэш-памяти хранятся часто используемые части программ и данные. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужной информации в кэш-памяти. Для работы с кэш-памятью имеется специальный контроллер, который анализирует выполняемую программу и пытается определить, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. Конечно, процессор может и подкачать информацию, которая и не понадобится. Отношение объема используемой информации из кэш-памяти к объему неиспользуемой определяет эффективность кэширования.

Современные процессоры имеют, как правило, встроенную кэш-память. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлена дополнительная кэш-память.

Видеопамять – память для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Для видеопамяти в компьютере имеется особое устройство, называемое видеокартой, или графическим ускорителем. Видеокарту вообще можно рассматривать как самостоятельный специализированный компьютер, в нем есть и свой процессор, и оперативная память (та самая видеопамять, о которой идет речь), и ПЗУ с программой, управляющей работой процессора видеокарты.

2.4. Системная магистраль

Как уже отмечалось, блоки (модули) объединяются в ЭВМ посредством шин, совокупность которых образует системную магистраль. Системную магистраль также называют системной шиной или системным интерфейсом. Шины используются для передачи данных, адресов и управляющих сигналов.

Шина состоит из нескольких проводников (линий). Сигналы по линиям шины могут передаваться либо импульсами (наличие импульса соответствует логической 1, а отсутствие импульса – 0), либо уровнем напряжения (высокий уровень – логическая 1, низкий – 0). Шириной шины называется количество линий (проводников), входящих в состав шины.

В состав магистрали входит шина данных , по которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ, шины адреса , используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым происходит обращение), и шины управления для передачи управляющих сигналов. В IBM 486, например, ширина шины данных и шины адреса равна 32.

Магистраль подразделяется на три шины : управления, адреса и данных . Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов процессора: начать работу устройства, прервать его работу и т. д. Шина адреса предназначена для передачи адресов памяти и внешних устройств, к которым обращается процессор. По шине данных передается собственно информация, которая должна обрабатываться выбранным для этого устройством. Для подключения к магистрали используются порты .

2.5. Схема ЭВМ

Рис. 2 Упрощенная схема ЭВМ

http://pandia.ru/text/78/505/images/image016_3.gif" alt="Подпись:" align="left" width="120" height="33">
3. Периферийные устройства ЭВМ

3.1. Контроллеры

Как отмечалось выше, контроллеры устройств принимают сигнал от процессора и дешифруют его. После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или иного внешнего устройства. Так видеоконтроллер (контроллер монитора), получив сигнал в виде нулей и единиц, отдает, например, команду лучевой трубке вывести на экран некоторую букву. Контроллер размещается на отдельной печатной плате, вставляемой внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами внешних устройств (от адаптировать – приспосабливать).

Контроллер содержит регистры двух видов – регистр состояния и регистр данных. Эти регистры часто называют портами ввода-вывода. За каждым портом закреплен определенный номер – адрес порта. Порт (в переводе с английского port – ворота, дверь, отверстие) можно рассматривать по аналогии с ячейками памяти как ячейки, через которые можно записать информацию в периферийное устройство или, наоборот – прочитать из него.

3.2. Внешняя память

К внешней памяти относятся:

1. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, дисковод).

2. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестер).

3. Накопители на оптических дисках (НОД, CD ROM).

4. Накопители на магнитных лентах (НМЛ, стример) и др.

1. НГМД (дисковод) - устройство со сменным носителем информации (дискетами) предназначено для записи на дискеты и считывания с них информации. Дискеты служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для перенесения информации с одного компьютера на другой. Принцип записи заключается в намагничивании участков поверхности диска, что распознается при считывании. НГМД состоит из следующих узлов:

а) механического привода, обеспечивающего вращение диска;

б) блока магнитных головок чтения/записи;

в) системы позицирования магнитных головок (для перемещения по радиусу дискеты);

г) электронного блока, обеспечивающего управление накопителем и преобразование сигналов.

Информация на дисках размещается вдоль концентрических окружностей (дорожек). Каждая дорожка содержит определенное число секторов. Под сектором понимают участок дорожки, хранящий минимальную порцию информации, которая может быть считана с диска или записана на него. Каждый сектор имеет свой адрес. Форматирование диска - разметка дорожек и секторов.

2. НЖМД (винчестер) - накопитель на жестких магнитных дисках (носитель информации - несъемный).

Предназначены для хранения информации, часто используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т. д.

Магнитные диски, система позицирования и блок магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Сам диск обычно имеет металлическую основу. Герметизация диска позволила добиться качественного улучшения его характеристик благодаря идеальной чистоте рабочих поверхностей. Основная характеристика винчестера - его емкость. В отличие от гибкого диска жесткие диски вращаются непрерывно. Винчестеры более долговечны по сравнению с НГМД, т. к. в них отсутствует непосредственный контакт магнитных головок с поверхностью диска.

Основными характеристиками винчестера являются:

· объем диска (максимальное количество информации, которое может быть записано на диск);

· время доступа к данным на диске (современные диски имеют время доступа от 12 мс до 7 мс);

· скорость чтения/записи данных на диск.

Следует отметить, что скорость чтения/записи (пропускная способность ввода-вывода) зависит не только от диска, но и от его контроллера, типа шины, быстродействия процессора и т. д. На современных компьютерах скорость чтения/записи от 4-5 Мбайт/с и более.

3. НОД (CD ROM ) – устройство для считывания информации с лазерных дисков (компакт-дисков). Лазерные диски обладают очень большой информационной емкостью.

Принцип работы: при записи информации лучи лазера выжигают маленькие углубления на диске, а при считывании – лучом лазера меньшей интенсивности освещается участок диска и считываются характеристики отраженного луча.

Для обозначения скорости дисковода обычно указывают, во сколько раз дисковод вращается быстрее, чем дисководы для аудиокомпакт-дисков. Так, дисковод одинарной скорости обеспечивает скорость чтения 150 Кбайт/с, двойной скорости – около 300 Кбайт/с и т. д.

Время доступа на компакт-диске – от 0,6 до 0,1 с.

4. НМЛ (стримеры) предназначены для чтения и записи информации на магнитных лентах. Они существенно отличаются по емкости (от 20 Мбайт до 40 Гбайт на 1 кассете), типу используемых кассет, скорости чтения/записи (от 100 Кбайт/с до 5 Мбайт/с и более), надежности записи на кассету и т. д.

Стримеры часто используют для создания резервных копий для винчестеров. Неудобны для поиска необходимой информации, т. к. для установки головки чтения/записи приходится перематывать часть кассеты до нужной записи.

3.3. Устройства вывода информации

3.3.1. Монитор

Монитор (дисплей) предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации (без её длительной фиксации).

Любой дисплей состоит из экрана и электронного блока. Подключается дисплей к ПВЭМ через дисплейный адаптер (видеоадаптер или видеоконтроллер).

Дисплеи можно классифицировать по технике отображения информации – на электронно-лучевых трубках, с буквенно-цифровыми индикаторами, с матричными и твердотельными панелями. Мониторы на электронно-лучевых трубках бывают векторные, когда электронный луч в трубке непрерывно пробегает расстояние между двумя точками на экране, и растровые, когда луч высвечивает регулярную картинку растра (наподобие изображения фотографий в газете). Буквенно-цифровые и матричные мониторы строятся на электролюминесцентных индикаторах, светоизлучающих диодах, на газоразрядных приборах и жидких кристаллах, на тонкопленочных транзисторах и т. д.

Изображение на цветном мониторе с электронно-лучевой трубкой создается тремя электронными лучами, каждый из которых отвечает за свой цвет. За доли секунды лучи обегают весь экран, который покрыт люминофором, обладающим способностью гаснуть не сразу. Это создает иллюзию постоянного изображения.

Ясно, что электронный луч, т. е. поток электронов, сам по себе цветным не бывает. Цвет создает люминофор, нанесенный микрополосками на внутреннюю сторону экрана. Электронный луч, отвечающий за данный цвет, должен попасть точно на свой люминофор.

Технические характеристики дисплеев:

1. разрешающая способность (число высвечивающихся точек - пикселей по горизонтали и вертикали);

2. число высвечивающихся символов в текстовом режиме (число символов в строке и число строк);

3. количество воспроизводимых цветов или градации яркости;

4. размер экрана (обычно по диагонали);

5. частота обновления кадров;

6. уровень вредных излучений.

Разрешающая способность монитора напрямую связана с объемом растровой памяти. Монитору, к примеру, с двумя уровнями яркости и разрешающей способностью 640*200 точек требуется 26 Кбайт растровой памяти. Если при этом необходимо управлять 16 цветами для каждой точки, требуемый объем растровой памяти составит не менее 64 Кбайт, а при двуцветном экране с разрешающей способностью 1024*1024 потребуется уже 132 Кбайта растровой памяти.

Если в обычном телевизоре частота обновления кадров – 25 раз в секунду, то на компьютерном мониторе – зависимости от его качества – от 60 до 120 раз в секунду. Чем чаще изменяется изображение, тем меньше мерцание, и тем меньше устают глаза.

Дисплеи могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Текстовый режим - экран условно разбивается на отдельные участки -знакоместа (чаще всего на 25 строк по 80 символов). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов.

Графический режим предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т. д.

3.3.2. Принтеры

Принтеры (печатающие устройства) предназначены для вывода текстовой и графической информации на бумагу, т. е. позволяет получить твёрдую копию изображения для длительного хранения.

Принтеры бывают:

1.Ударные

1.1.литерные

2.1.струйные

2.Безударные

2.1.точечно-матричные

2.2.термографические

2.3.лазерные (электрографические)

2.4.магнитографические

Характеристики принтеров:

1. принцип действия (последовательно, построчно, постранично)

2. цветовые возможности

3. графические возможности

4. величина зерна

5. качество печати (зависит от 4-го)

6. скорость печати (быстродействие)

8. стандартный набор шрифтов и возможности формирования новых шрифтов

9. ширина каретки(формат листа)

10. уровень акустического шума

1.Принтеры ударного типа - изображения на бумагу наносятся механическим способом.

1.1. Литерные принтеры. Последовательная литерная технология заимствована у пишущих машинок. Литеры - это заранее сформированные символы. При этом способе печати производится удар по бумаге литерой через красящую ленту.

Наиболее удобные литерные принтеры - лепестковые. Литеры расположены на колесах. Нужный для печати символ выбирается путём поворота колеса. Если количество колес с литерами сделать равным количеству символов в строке то возможна печать целой строки целиком.

Литерные принтеры обладают высокой надёжностью, обеспечивают типографическое качество бумаги и допускают смену шрифтов, но имеют низкую скорость печати символов в секунду), высокий уровень шума и сравнительно высокую стоимость, графические возможности отсутствуют. Сейчас используются редко.

1.2.Точечно-матричные принтеры. Основная идея - печатающая головка, которая перемещается вдоль печатаемой на бумаге строки, «вырисовывая» выводимую информацию по точкам через красящую ленту. После печати строка продвигается и процесс повторяется.

Печатающая головка содержит несколько игл (штифтов), расположенных вертикально. Каждая игла управляется собственным электромагнитом.

Точечно-матричные принтеры имеют от 9 до 24 игл. Матрицы в 9-ти игольных принтерах имеют 7*9 или 9*9 точек. Диаметр игл 0,25-0,35 мм.

Применяются устройства подачи красящей ленты кассетного и бобинного типа. Есть устройства с обычной и широкой кареткой. Принтеры с обычной (узкой) кареткой печатают на стандартном листе писчей бумаги. Обычно точечно-матричные принтеры могут работать и с рулонной, и с листовой бумагой. Подача бумаги на некоторых происходит автоматически.

Точечно-матричные принтеры имеют буферное ОЗУ той или иной ёмкости для того, чтобы загрузить МП во время печати.

Существует 2 режима работы точечно-матричных принтеров

1) Текстовый – он обеспечивает большую скорость печати, т. к. выводится сразу строка символов, а не точек. В принтер пересылаются коды символов для печати, причём матрицы точек, которые надо нарисовать, выбираются из знакогенератора принтера.

2) Графический - посылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек.

Для улучшения качества печати одну и ту же строку пропечатывают несколько раз с небольшим сдвигом точек. Однако качество печати остается не очень хорошим.

2. Безударные принтеры.

2.1. Струйные принтеры. Принцип печати - изображение формируется микрокаплями специальных чернил путём «выстреливания» (под давлением) из крохотного сопла. Одно или несколько сопел устанавливается на печатающей головке которая перемещается относительно бумаги.

Скорость печати струйных принтеров не намного превосходит скорость печати точечно-матричных, т. к. они также печатают построчно, но дает значительно лучшее качество. Кроме того, они работают практически бесшумно.

Чернила помещаются в специальные картриджи, которые легко заменяются. Цветные струйные принтеры позволяют одновременную установку нескольких картриджей.

2.2. Термографические принтеры . Принцип действия похож на принцип действия точечно-матричных принтеров, но вместо игл в них используются тонкие нагреваемые электроды. Для этих принтеров требуется либо специальная бумага, меняющая цвет при нагреве, либо специальная красящая лента. Работают бесшумно, но медленно. Сейчас используются редко.

2.3. Лазерные (электрографические) принтеры . В лазерных принтерах используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски, затем под воздействием высокой температуры краска «приплавляется» к бумаге. В отличие от ксерокса печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам из компьютера.

Изображение также формируется по точкам, но поскольку частички краски очень мелкие, то изображения получаются высокого качества. Лазерные принтеры имеют высокую скорость печати и работают бесшумно. Однако лазерные принтеры дорогостоящие, особенно цветные, и требуют для работы бумагу высокого качества.

3.3.3. Графопостроители (плоттеры)

Графопостроители (плоттеры) применяются для вывода графической информации на бумагу. В графопостроителе используют одно или несколько перьев, которыми вычерчиваются линии. Существуют цветные плоттеры (с несколькими перьями). Достоинством плоттеров является возможность вывода информации на крупноформатную бумагу.

Плоттеры выпускают двух типов – рулонные и планшетные. В рулонных плоттерах бумажный лист перемещается транспортирующим валиком в вертикальном положении, а пишущий узел в горизонтальном. В планшетных плоттерах лист бумаги фиксируется горизонтально на плоском столе, а пишущий узел перемещается в двух направлениях.

3.3.4. Синтезаторы звука

Для вывода звуковой информации в компьютеры встраиваются синтезаторы звука. Синтезаторы бывают как однотональные, которые выдают только звук определенной частоты, так и одноголосные и многоголосные. Однако для качественного воспроизводства звуков (в частности, музыки и речи) необходимы звуковая карта и колонки или наушники.

3.3.5. Средства мультимедиа

Термин «мультимедиа» буквально переводится как «много сред», и означает возможность работы с информацией в различных видах. Прежде всего, здесь имеется в виду звуковая и видеоинформация. Иными словами, мультимедиа-компьютеры должны уметь воспроизводить:

· Музыку, речь и другую звуковую информацию;

· Анимационные фильмы и другую видеоинформацию.

Мультимедийными программами называются программы, использующие звуковые и анимационные средства.

Мультимедиа-компьютеры должны быть способны выполнять эти мультимедийные программы, т. е. должны поддерживать работу со звуковой и видеоинформацией, для чего они должны быть оснащены приводом CD ROM, звуковой картой, колонками или наушниками, иметь большую видеопамять, высокое быстродействие, большой объем оперативной памяти. Все современные компьютеры обычно этим требованиям удовлетворяют.

3.4. Устройство ввода информации.

3.4.1. Клавиатура.

Клавиатура состоит из матрицы клавиш и электронного блока для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.

Различают 4 группы клавиш:

1. клавиши пишущей машинки;

2. служебные клавиши, которые в программах в основном выполняют специальные операции, например, Shift - меняет смысл нажатия остальных клавиш, Esc – отменяет действие и т. д.;

3. функциональные (программируемые) клавиши, смысл нажатия которых зависит от использования программного продукта;

4. клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие ввод числовой информации, а также управление курсором.

3.4.2. Манипуляторы

Манипуляторы - координатно-указательные устройства, устройства управления курсором, предназначенные для облегчения перемещения курсора и отметки необходимой точки на экране.

Разновидности манипуляторов:

А). Джойстик – манипулятор в виде укреплённой на шарнире ручке с кнопкой. Обеспечивает перемещение курсора в одном из четырех направлений. Используется обычно для игр.

Б). Мышь – небольшая коробочка с двумя или тремя клавишами. При перемещении мыши по ровной поверхности в ПВЭМ передаются ее координаты и изменяется положения курсора. Нажатие клавиш выполняет определенное действие.

Основным узлом является шар, выступающий из основания корпуса. Вращение шара при перемещении преобразуется в электрические сигналы, которые по проводу передаются в ПВЭМ.

В). Трекбол – встроенный в клавиатуру шарик с двумя кнопками по бокам. Таким образом, это своего рода перевернутая мышка. Трекбол часто используется в портативных ЭВМ, т. к. не надо места для мыши, гладкой поверхности.

3.4.3. Сканеры

Сканеры – предназначены для ввода изображения (графической и текстовой информации). Могут вводить рисунки, а также распознавать символы, что позволяет вводить напечатанный, а иногда и рукописный текст в компьютер.

Аналогично копировальному устройству сканер освещает оригинал, а светочувствительный датчик замеряет интенсивность отраженного света.

Сканеры бывают настольные (они обрабатывают весь лист бумаги целиком) и ручные (их надо проводить над нужным рисунком или текстом).

Введенный при помощи сканера рисунок распознается ЭВМ с помощью специального программного обеспечения. Рисунок может быть не только сохранен, но и откорректирован по желанию пользователя соответствующими графическими пакетами программ.

В настоящее время выпускаются черно-белые и цветные сканеры с точностью до 8000 точек на дюйм (более 300 кочек на мм).

Для ввода текстовой информации необходимо достаточно сложное программное обеспечение, способное распознавать и интерпретировать отдельные символы.

3.4.4. Другие средства ввода

Графические планшеты – предназначены для ввода графического изображения. К компьютеру подключается специальный планшет с прикрепленным к нему пером. Работа на них схожа на работу с карандашом или ручкой: пером водят по планшету, а изображение появляется на экране компьютера.

Средства речевого ввода. Сейчас ведутся работы по разработке компьютеров, воспринимающих команды с голоса, но пока используются, в основном, для ввода ограниченного набора команд. В будущем, возможно, вытеснят клавиатуру в силу гораздо большей скорости и удобства ввода.

Литература.

1. Гейн минимум содержания образования по информатике: и в нем нам хочется дойти до самой сути. Газета «Информатика» (приложение к газете «Первое сентября»), № 30, 2001.

2. IBM PC для пользователя. Краткий курс. – М.: ИНФРА-М, 1997.

4.1. Магнитные запоминающие устройства. Носитель информации --- материальный объект, используемый для хранения информации. Различают бумажные носители (перфокарты, перфоленты), магнитные носители (ленты, диски, барабаны) и оптические носители (лазерные диски).

Накопитель --- механическое устройство, управляющее записью, хранением и считыванием данных. Различают накопители на гибких магнитных дисках НГМД и накопители на жестких магнитных дисках НЖМД, накопители на оптических и магнитооптических дисках (НОД).

Накопитель на жестком магнитном диске НЖМД состоит из нескольких магнитных дисков МД, насаженных на один вал двигателя, вблизи которых расположены магнитные головки, связанные с механическим приводом. Информацию на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей -- дорожек (треков). Цилиндр --- совокупность дорожек МД, равноудаленных от его центра. Каждая дорожка МД разбита на секторы --- области емкостью 512 байт, определяемые идентификационными метками и номером. Сектор --- минимальный объем данных, с которым могут работать программы в обход ОС.

Обмен данными между НМД и ОЗУ осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер --- минимальный объем размещения информации на диске, воспринимаемый ОС, он состоит из одного или нескольких смежных секторов дорожки. Форматирование диска --- разметка на диске дорожек (треков) и секторов, маркировка дефектных секторов, запись служебной информации.

Файл --- область внешней памяти (НГМД, НЖМД, НОД), используемая для хранения массива однотипных данных (текстовых, графических, звуковых и т.д.). Каждому файлу выделяется целое число кластеров, которые могут находиться в любом месте диска, то есть необязательно быть смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называют фрагментированными. Процедура перезаписи информации, при которой файлы размещаются в последовательных секторах на смежных дорожках, называется дефрагментацией диска.

На каждом магнитном диске имеется таблица размещения файлов FAT16 или FAT32, в которой каждый кластер имеет свой двоичный код (адрес) из 16 или 32 разрядов. Так как в 32 разрядах можно записать 232 различных значений, то число кластеров (а значит и записанных файлов) на диске не может превышать 232. Чем больше МД, тем больше размер кластера. Для рационального использования МД его разбивают на логические разделы C, D, E...

НГМД с форм-фактором 3,5" имеют по 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов по 512 байт на каждой дорожке, общая емкость дискеты 2*80*18*512=1474560 байт = 1,44 Мбайт, доступ к информации 0,1--1 c, скорость чтения/записи 50 кбайт/с. НЖМД имеет емкость 100-200 Гбайт, время доступа 1--100 мс, скорость чтения/записи 1 Мбайт/с, скорость вращения 3600 об/мин. Емкость Zip--дисков -- 100 Мбайт и выше. Емкость компакт-диска CD-ROM -- 700 Мбайт.

В машинах--серверах и суперЭВМ применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Independent Disks --- матрица с резервируемыми независимыми дисками), в которых несколько НЖМД объединены и образуют один большой диск.

Накопитель на магнитной ленте (стример) состоит из лентопротяжного механизма, магнитной ленты и магнитной головки. Кассеты с магнитной лентой (картриджи) имеют емкость более 2000 Мбайт. Стримеры имеют высокую инерционность, используются для резервного копирования и архивирования информации.

4.2. Оптические и магнитооптические запоминающие устройства. В оптических ЗУ запись и считывание осуществляется с помощью источника света. Накопители на оптических дисках (НОД) включают в себя источник (лазер) и приемник света, оптическую запоминающую среду, модулятор светового пучка, поляризационную призму. Компакт--диск состоит из жесткой прозрачной основы, на которую нанесен рабочий и защитный слой. При записи (воспроизведении, стирании) диск вращается, а луч лазера, сфокусированный на дорожку, перемещается вдоль радиуса вращающегося диска.

Преимущества CD--ROM: высокая плотность записи (до бит/см), отсутствие механического контакта при работе, долговечность записи, надежность, небольшие размеры. CD--ROM имеют емкость от 50 Мбайт до 1,5 Гбайт, время доступа от 30 до 300 мс, скорость считывания информации от 150 до 1500 Кбайт/с. Применяемые компакт--диски имеют диаметр 3,5" и 5,25" (1""=1 дюйм=2,53 см).

Неперезаписываемые лазерно--оптические диски или компакт--диски ПЗУ CD--ROM (Compact Disk Read Only Memory) поставляются фирмой--изготовителем с уже записанной информацией. Для их изготовления создается первичный мастер--диск: в специальном устройстве лазерным лучем большой мощности выжигают на рабочем слое диска след --- дорожку с микроскопическими впадинами. Тиражирование CD--ROM осуществляется путем литья под давлением по мастер--диску. В НОД записанная на CD--ROM информация считывается лазерным лучом меньшей мощности, который отражаясь от углублений изменяет свою интенсивность.

Также используются перезаписываемые лазерно--оптические диски с однократной (CR--R) и многократной (CD--RW) записью. В процессе записи лазерный луч в специальном дисководе ПК прожигает микроуглубления под защитным слоем, либо изменяет оптические свойства рабочего слоя.

При записи или стирании информации на перезаписываемые магнитооптические диски лазерный луч используется для местного разогрева поверхности диска с последующим намагничиванием магнитной головкой. Считывание информации производится лазерным лучом меньшей мощности, при отражении которого от намагниченного участка изменяется ориентация плоскости поляризации. Это регистрируется с помощью анализатора и фотоприемника.

Магнитооптические диски с однократной записью отличаются от обычных тем, что на их контрольные дорожки наносятся специальные метки, запрещающие стирание и повторную запись. Емкость магнитооптических дисков достигает нескольких Гбайтов, время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания до 2000 Кбайт/с. Недостаток --- высокая цена.

DVD--диск (Digital Versatile Disk) --- цифровой многофункциональный диск. Носителем информации является диск диаметром 120 мм толщиной 1,2 мм. Внешне похож на CD. Бывают DVD--диски односторонние, двухсторонние, с одним и двумя рабочими слоями с каждой стороны. Однослойный односторонний DVD--диск имеет емкость 4,7 Гбайт, двухслойный односторонний --- 8,5 Гбайт, двухслойный двухсторонний диск --- 17 Гбайт.

Основным элементом голографических ЗУ является запоминающая голографическая матрица, состоящая из небольших голограмм (диаметром 2--5 мм), на каждой из которых может быть записано до 104 бит информации. Считывание осуществляется многоэлементным фотоприемным устройством.

Дисковая система памяти на одномерных голограммах состоит из голографического диска, лазера, голографического расщепителя, многоканального модулятора света, системы линз и многоканального фотоприемника. На диск нанесена голографическая дорожка, состоящая из последовательности голограмм. Расщепитель (дифракционная решетка) расщепляет лазерный луч на насколько лучей. Модулятор света последовательно пропускает лучи, которые вместе с опорным лучом создают интерференционную картину, регистрируемую фотослоем диска. При считывании голограмма освещается лазером, за ней возникает дифракционная картина, на соответствующие фотоприемники падает свет.

4.3. Устройства ввода. К устройствам ввода информации относятся: клавиатура, мышь, трекбол, трекпоинт, джойстик, графические планшеты, световое перо, сенсорные экраны, сканер, аудио- и видео магнитофон, микрофон, цифровой фотоаппарат, видеокамера, телевизионный тюнер, ресивер, музыкальный инструмент АЦП, различные датчики, игровые устройства, киберперчатки и киберкостюм.

Клавиатура --- устройство ручного ввода информации в ЭВМ, состоящее из совокупности клавиш различного назначения и схемы сопряжения. Курсор --- символ (прямоугольник или жирная черта), указывающий позицию на экране дисплея, в которой будет отображаться очередной выведенный на экран символ. Драйвер клавиатуры --- специальная программа, обеспечивающая отображение на экране монитора символа, набранного на клавиатуре. Контроллер клавиатуры --- устройство сопряжения клавиатуры с ЭВМ. Он тестирует клавиатуру при включении ЭВМ; опрашивает состояния клавиш; запоминает до 20 отдельных скан--кодов клавиш; преобразует скан--коды нажатых клавиш в коды ASCII. При нажатии (отпускании) клавиши контроллер запоминает код нажатия (отпускания). Одновременно поступает запрос на соответствующее аппаратное прерывание. При выполнении прерывания скан--код преобразуется в код ASCII, и оба кода (скан--код и ASCII--код) пересылаются в соответствующее поле ОЗУ машины. Если клавиша нажата более 0,5 с, то генерируются повторные коды нажатия.

Манипуляторы (устройства указания): джойстик -- рычаг, мышь, трекбол -- шар в оправе, световое перо, геймпад и др.

Мышь --- устройство ввода, представляющий собой коробку с кнопками, перемещении которого по поверхности стола вызывает перемещение указателя на экране. Если разрешение мыши 900 dpi (dots per inch --- точек на дюйм), то при ее перемещении на 1 дюйм влево микроконтроллер выдет сигнал о смещении на 900 единиц влево. Драйвер мыши обеспечивает соответствующее смещение курсора.

На нижней стороне оптико--мехнической мыши имеется отверстие, в котором находится шарик диаметром 1,5--2 см. Шарик касается двух взаимно перпендикулярных валиков горизонтального и вертикального перемещения. Каждый валик связан с диском, имеющим растровые прорези. По обе стороны каждого диска напротив друг друга расположены по два светодиода и два фотодиода. При перемещении мыши по коврику шарик поворачивает соответствующий валик с диском, фотодиоды периодически освещаются и затемняются, на их выходах появляются импульсы напряжения. Они преобразуются микроконтроллером в совместимые с ЭВМ данные и передаются на материнскую плату. Существуют мыши, подключаемые к системной шине, оптические, инфракрасные мыши и радиомыши.

Трекбол представляет собой перевернутую мышь. В нем обычно используется оптико-механический принцип ввода данных. Применяется в ноутбуках.

Джойстик --- манипулятор выполненный в виде ручки с кнопкой, укрепленной на шарнире. Используется в играх. Цифровой джойстик регистрирует поворот ручки управления влево, вправо, вверх, вниз и состояние кнопки "огонь". Аналоговый джойстик реагирует на небольшие движения управляющей ручки.

Световое перо содержит светодиод, регистрирующий изменения яркости в том месте экрана, куда им указывает пользователь. По запаздыванию сигнала с фотодиода по отношению к пилообразным колебаниям, формируемым генераторами кадровой и строковой разверток, определяется точка, на которую указывает перо.

Графический планшет --- устройство для ввода контурных изображений. На рабочую поверхность кладут лист бумаги и на ней рисуют изображение. Планшет имеет большое число микропереключателей, срабатывающих под давлением карандаша. Изображение записывается в память и может быть воспроизведено.

Сканер --- это устройство ввода в ЭВМ графической информации непосредственно с бумажного документа. Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые. Цветные сканеры работают и с черно--белыми, и с цветными оригиналами. В цветных сканерах используется цветовая модель RGB (красный-зеленый-синий): сканируемое изображение освещается от последовательно зажигаемых трехцветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65536 (стандарт High Color) и даже до 16,7 млн. (стандарт True Color). Разрешающая способность сканеров составляет от 75 до 1600 dpi (точек на дюйм).

Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой. Существуют два формата представления графической информации в файлах компьютера: растровый формат и векторный. В растровом формате графическое изображение запоминается в файле в виде мозаичного набора множества точек (нулей и единиц), соответствующих пикселям отображения этого изображения на экране дисплея. В векторном формате задаются координаты точек (их радиус--векторов) и их цвета. При необходимости координаты X, Y умножаются на коэффициент и рисунок меняет размеры. Текстовые файлы кроме самого текста содержат коды шрифтов, специальных символов, абзацев и т.п.

Программы распознавания образов распознает считанные сканером с документа битовые (мозаичные) контуры символов (букв и цифр) и кодирует их ASCII--кодами, переводя в удобный для текстовых редакторов векторный формат.

Цифровая фотокамера содержит ПЗС--матрицу (ПЗС --- прибор с зарядовой связью), состоящую из большого количества фотоэлементов (300--900 тыс.), на которую с помощью объектива фокусируют изображение. Цифровая фотокамера имеет ЗУ для хранения файлов--фотографий и жидко--кристаллический дисплей, который является видоискателем и позволяет просматривать содержимое памяти. Цифровая видекамера (видеокодак) получает последовательность фотографий с частотой 25--30 кадров/с и записывает их в видеофайл. Параллельно идет запись звука.

4.4. Устройства вывода: мониторы, проекторы. К устройствам вывода информации относятся монитор, проектор, принтер, плоттер, сектор Брайля клавиатуры для слепых, акустические системы, устройство выдачи запахов и вкуса, устройство передачи тактильных импульсов. Видеосистема состоит из монитора и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллер устанавливается на системную плату и содержит видеопроцессор (графический ускоритель и 3D--ускоритель), видеопамять и интерфейс (устройства сопряжения с монитором).

Мониторы на ЭЛТ содержат электронно--лучевую трубку, генераторы строчной и кадровой разверток, формирующих растр --- набор горизонтальных линий, заполняющий экран, блок питания. Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах: от 10 до 21 дюйма (обычно 15-17 дюймов). Частота кадровой развертки --- 70--80 Гц; частота строчной развертки --- 40--50 кГц. Разрешающая способность монитора: 320 x 200, 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768. Качество изображения также зависит от размера зерен люминофора, которые образую ряд: 0,42 мм; 0,39 мм; 0,31 мм; 0,28 мм; 0,26 мм. Различают монохромные и цветные мониторы.

Плазменные мониторы состоят из трех пластин, на две из которых нанесены система вертикальных и горизонтальных прозрачных проводников (2--4 проводника на 1 мм), а в третьей пластине, расположенной между ними, --- отверстия, заполненные инертным газом. Вертикальные и горизонтальные проводники образуют координатную сетку, при подаче на них напряжения светятся элементы изображения -- пикселы. Разрешающая способность 512 x 512, 1024 x 1024 пиксел.

Электролюминесцентные мониторы имеют координатную сетку и пластину покрытую люминофором. При подаче напряжения на координатные шины наблюдается свечение люминофора под воздействием электрического поля.

Жидкокристаллические мониторы состоят из элементов на жидких кристаллов, которые изменяют свои оптические свойства при подаче напряжения. ЖК мониторы пассивные, работают либо в проходящем, либо в отраженном свете. Преимущества: небольшие габариты, изображение плоское не мерцает, излучение отсутствует, потребляемая мощность мала.

Жидкокристаллический проектор содержит три матрицы, состоящих из жидкокристаллических элементов: красную, зеленую и голубую (RGB), расположенные друг над другом и подключенный к специальному устройству, связанному с ЭВМ. Под матрицами находится мощный источник света с коллиматором, -- системой линз, обеспечивающей равномерную освещенность. Над матрицами расположен объектив, проецирующий матрицы на экран. В зависимости от поступающего из ЭВМ сигнала изменяется прозрачность тех или иных жидкокристаллических элементов матриц. В результате формируется цветная картина, проецируемая объективом на экран.

4.5. Устройства вывода: принтеры. Принтеры (печатающие устройства) --- это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие ASCII--коды в соответствующие им графические символы буквы, цифр и т.п.) и печатающие их на бумаге. Принтеры различаются по следующим признакам: цветность (черно-белые и цветные); способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие); принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные); способы печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные, параллельные); ширина каретки; длина печатной строки (80 и 132--136 символов); набор символов; скорость печати; разрешающая способность в точках на дюйм.

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10--300 зн/с (ударные принтеры) до 500-1000 зн/с и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разрешающая способность --- от 3-5 точек на миллиметр до 30-40 точек на миллиметр (лазерные принтеры).

В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7x9 или 9x9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Термопринтеры оснащены печатающей головкой с термоматрицей и использующих при печати специальную термобумагу или термокопирку (недостаток).

Струйные принтеры в своей печатающей головке содержат тонкие трубочки -- сопла (от 12 до 64), через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя. Современные струйные принтеры обеспечивают разрешающую способность до 20 точек/мм и скорость печати до 500 зн/с. Имеются цветные струйные принтеры.

В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в ксероксах. Лазер освещает предварительно заряженный светочувствительный барабан, формируя на нем электростатическое изображение. На барабан наносится краситель (тонер), налипающий на заряженные участки, и выполняется печать -- перенос тонера с барабана на бумагу. Закрепление изображения на бумаге осуществляется путем разогрева тонера до плавления.

Лазерные принтеры обеспечивают качественную печать с разрешением до 50 точек/мм (1200 dpi) и скоростью до 1000 зн./с. Широко используются цветные лазерные принтеры.

4.6. Звуковая и сетевая платы, модем. Первые ПК были оснащены встроенным динамиком, который мог выдавать примитивные звуки. Современный ПК имеет звуковую плату (Sound Card), -- устройство, связывающее системную плату с микрофоном, динамиком и джойстиком, и используемую для звукового сопровождения мультимедийных программ и компьютерных игр. Звуковая плата (адаптер) состоит из 1) блока цифровой записи воспроизведения и обработки звука; 2) многоголосый частотного синтезатора звука. Ее основными составляющими являются аналого--цифровой преобразователь (АЦП), цифро--аналоговый преобразователь (ЦАП), усилитель, интерфейс для микрофона, колонок и джойстика.

Аналого--цифровой преобразователь (АЦП) --- схема, преобразующая аналоговый (непрерывный) сигнал в цифровой. Аналоговый сигнал, поступающий с микрофона на вход АЦП нормируется по амплитуде, квантуется по уровню и кодируется. На выходе получается сигнал, напряжение которого изменяется дискретно. Чем выше частота дискретизации, тем точнее записывается, а затем и воспроизводится звуковой сигнал. Разрешающая способность АЦП --- наименьшее изменение аналогового сигнала, приводящее к изменению цифрового кода. 8--ми разрядный АЦП квантует сигнал по величине на 256 уровней, 16--разрядный --- на 65536 уровней. Преимущество цифровой записи сигнала в том, что сигнал записывается в виде последовательности двоичных чисел, сохранение и копирование которых производится без потери качества.

Цифро--аналоговый преобразователь (ЦАП) --- устройство, преобразующее цифровой сигнал в аналоговый. В звуковой карте ЦАП используется для воспроизведения оцифрованного звука. Чтобы сгладить ступеньки напряжения на выходе ЦАП применяют специальные фильтры.

Модем (модулятор--демодулятор) --- устройство для передачи информации по телефонной линии. Модулятор преобразует посылаемый от ЭВМ двоичный сигнал в аналоговый с частотной или фазовой модуляцией. Демодулятор осуществляет обратное преобразование поступающего сигнала, извлекая из него двоичную информацию и передавая ее в принимающую ЭВМ. Факс--модем передает и принимает факсимильные изображения. Он сканирует и оцифровывает изображение, сжимает данные и через модем передает их в телефонную линию. На приемной стороне осуществляются обратные преобразования. Голосовой модем оцифровывает звуковой сигнал и передает его по линии связи.

Сетевой адаптер --- специальная плата, устанавливаемая в шину расширения на системной плате и используемая для подключения ЭВМ к сети. Функции сетевого адаптера: синхронизация, кодирование и декодирование сигналов, расчет контрольной суммы для проверки правильности передачи данных.

4.7. Передача данных по сети. В компьютерных системах используются два способа связи: параллельный и последовательный. Параллельный способ передачи данных предполагает одновременную передачу всех битов m машинного слова и требует использования шины. Шина представляет собой линию связи, состоящую из проводников, количество которых равно числу битов m (разрядность шины). Между блоками компьютера используются 16 и 32 разрядные шины. Пропускная способность шины в бит/c равна C=fm/N, где f --- тактовая частота, m --- разрядность шины, N --- число тактов, в течение которых осуществляется передача машинного слова. При f=500 МГц N=2 и m=32 скорость передачи C=32*500*106/2=8*109 бит/c.

Синхронная передача параллельным кодом: каждый бит передается по отдельному проводу, одновременно передаются синхроимпульсы, используется для внутренних связей ЭВМ и на небольшие расстояния, обладает плохой помехозащищенностью. Последовательный способ медленнее, но экономически более выгоден при переаче на большие расстояния. В случае синхронной передачи одновременно с передаваемым битом посылается синхроимпульс, который управляет приемом информации. Линия связи содержит три провода: для данных, для синхроимпульсов и общий. Для передачи информации асинхронным способом не требуется синхронизация источника и приемника, линия связи содержит два провода. Перед передачей информационных битов передатчик генерирует стартовый бит, имеющий заданную длительность. В конце последовательности информационных битов посылается контрольный бит четности, после которого следует стоповый бит. Эта последовательность сигналов называется кадром. Если кадр содержит четное число единиц, то бит четности 0, иначе --- 1. При наличии ошибки приемник, сравнивая число единиц в кадре с битом четности, требует повторной передачи.

Возможны три режима передачи данных: симплексный, (только в одном направлении), полудуплексный (попеременно то в одном, то в другом направлении), и дуплексный (одновременно в обоих направлениях).

В основе сетевой архитектуры Ethernet лежит шинная топология, пропускная способность 10 Мбит/с. Передаваемые данные разделены на кадры --- пакеты длиной 64--1518 байт. Каждый кадр кроме полезных данных несет управляющую информацию: код начала кадра, адреса источника и приемника, тип протокола, поле для проверки ошибок.

Периферийными или внешними устройствами называют устройства, размещенные вне системного блока и задействованные на определенном этапе обработки информации. Прежде всего - это устройства фиксации выходных результатов: принтеры, плоттеры, модемы, сканеры и т.д. Понятие «периферийные устройства» довольно условное. К их числу можно отнести, например, накопитель на компакт-дисках, если он выполнен в виде самостоятельного блока и соединен специальным кабелем к внешнему разъему системного блока. И наоборот, модем может быть внутренним, то есть конструктивно выполненным как плата расширения, и тогда нет оснований относить его к периферийным устройствам.

Внешние запоминающие устройства. Помимо оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Различные способы хранения и записи информации служат для разных целей. Примеры: Накопители на жёстких дисках (винчестеры), Дискеты, Флэш-память, Стримеры, CD-ROM, DVD-ROM.

Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для взаимодействия с компьютером.

Интерфейс ввода-вывода требует управления процессором каждого устройства. Интерфейс должен иметь соответствующую логику для интерпретации адреса устройства, генерируемого процессором.

Установление контакта должно быть реализовано интерфейсом при помощи соответствующих команд типа (ЗАНЯТО, ГОТОВ, ЖДУ), чтобы процессор мог взаимодействовать с устройством ввода-вывода через интерфейс.

Если существует необходимость передачи различающихся форматов данных, то интерфейс должен уметь конвертировать последовательные (упорядоченные) данные в параллельную форму и наоборот.

Должна быть возможность для генерации прерываний и соответствующих типов чисел для дальнейшей обработки процессором (при необходимости).

Компьютер, использующий ввод-вывод с распределением памяти, обращается к аппаратному обеспечению при помощи чтения и записи в определенные ячейки памяти, используя те же самые инструкции языка ассемблера, которые компьютер обычно использует при обращении к памяти.

Устройства печати. Принтеры: Матричные принтеры, Струйные принтеры, Лазерные принтеры.

Устройства ввода данных: Сканеры, мыши, клавиатуры.

Модем - это устройство, предназначенное для подсоединения компьютера к обычной телефонной линии. Название происходит от сокращения двух слов - Модуляция и Демодуляция.

Дистанционное образование

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Персональные компьютеры

Минск

2004

БЕЛОРУССКИЙ ИНСТИТУТ ПРАВОВЕДЕНИЯ

Дистанционное образование

А.И.Бородина, Л.И.Крошинская, О.Л.Сапун

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Электронные вычислительные машины.

Персональные компьютеры

Минск

ООО «БИП-С Плюс»

2004

Электронные вычислительные машины.

Персональные компьютеры

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Организация и основы функционирования ЭВМ.

1. Классическая структурная схема ЭВМ и назначение ее основных узлов.
   

Классификация ЭВМ.

Классификация персональных компьютеров.

Характеристика основных устройств ПК.

Характеристика дополнительных устройств ПК.

Литература.

Глоссарий.

Тренинг умений.

краткая аннотация

Рассматриваются основы организации и функционирования ЭВМ. Дается описание основных элементов процесса вычислений. Приводится классификация ЭВМ по различным признакам. Рассматриваются вопросы классификации персональных ЭВМ, характеристика основных и дополнительных устройств персонального компьютера.

1. Организация
и основы функционирования ЭВМ

Среди всех изобретений человека трудно найти другое, развивающееся столь же динамично, как вычислительная техника. Конструкция вычислительной машины создавалась с учетом тех действий, которые выполняет человек при обработке информации. В самом деле, любому процессу вычислений, который производится человеком, свойственны следующие основные элементы: хранение информации, обработка информации, управление вычислительным процессом.

Хранение информации. Здесь под информацией подразумеваются исходные данные, промежуточные и окончательные результаты счета, а также формулы и способ счета, различного рода условия и т.п. Эта информация человеком частично запоминается, частично записывается на бумаге. Часть информации берется из различных справочников и таблиц. Память человека, бумага, справочники и таблицы являются различными видами запоминающих устройств.

Обработка информации. При обработке информации производится обмен информацией между устройством, предназначенным для выполнения арифметических действий, и запоминающим устройством: исходные данные с листа бумаги переносятся в машину, а затем результат вычислений снова записывается на бумаге или запоминается человеком.

Управление вычислительным процессом. В соответствии с планом вычислений человек производит вычислительные операции в определенной последовательности, каждый раз, решая, какие данные, в каком порядке обрабатывать. Автоматически управляемая вычислительная машина должна быть устроена так, чтобы все перечисленные элементы процесса вычислений осуществлялись в ней без участия человека во время ее работы. В соответствии с этим требованием вычислительная машина должна содержать различные устройства, осуществляющие эти элементы процесса вычислений.

В каждой вычислительной машине должна быть обеспечена возможность сообщить машине (поместить в нее) все необходимое для решения задачи. Чтобы иметь такую возможность, нужно специальное устройство, позволяющее воспринимать информацию из внешнего мира и передать ее в машину. Такое устройство называется устройством ввода .

Информация, которая посредством устройства ввода передается в вычислительную машину, попадает в устройство, которое по аналогии с человеческой памятью называют обычно памятью машины. Иногда слово «память» заменяют словом «запоминающее устройство».

Любая электронная цифровая вычислительная машина имеет оперативную и внешнюю память . Здесь есть аналогия с памятью человека. Несмотря на то, что мозг человека является отличной памятью, мы не можем им ограничиться. Все, что по каким-либо причинам трудно или не нужно держать в памяти, люди фиксируют на бумаге (в виде записных книжек, справочников, книг и др.).

Оперативная память разбивается на части – ячейки памяти. Ячейка – это участок памяти машины, предназначенный для хранения информации, которой может быть либо команда, либо число, либо набор символов, являющихся частью обрабатываемого текста . То есть память можно представить в виде запоминающей среды, состоящей из множества ячеек. Разбиение памяти на ячейки является условным и вызвано удобством обращения к ней. В действительности же ячейки памяти, как правило, не является каким-либо самостоятельным устройством машины.

Информация, записанная в некоторую ячейку, хранится в ней до тех пор, пока в эту же ячейку не будет записана новая информация. При этом все, что хранилось до этого момента в данной ячейке, автоматически уничтожается (стирается). При считывании информации, хранящейся в некоторой ячейке, эта информация продолжает оставаться в ней, т.е. из памяти выдается как бы «копия» данного слова для передачи ее в другие устройства машины, сам же «оригинал» продолжает храниться на прежнем месте.

Расположение информации в памяти определяется адресами (номерами) полей памяти. Каждый адрес служит именем ячейки.

В современных моделях ЭВМ выделяют еще постоянную память (постоянное запоминающее устройство). Постоянная память (ПЗУ) характеризуется тем, что запись информации в ней выполняется на предприятии-изготовителе, после чего любые изменения состояния памяти становятся невозможными.

Но основная цель машины – переработка информации, производство вычислительных и других действий. Устройство машины, предназначенное для этой цели, называется арифметическим устройством . Арифметическое устройство обладает способностью получать информацию, например, в виде чисел, из памяти, производить некоторые операции и отправлять полученные результаты обратно в память.

Однако недостаточно ввести в машину числа, произвести над ними требуемые операции. Нужно, чтобы с этими результатами мог познакомиться человек, иначе работа вычислительной машины теряет смысл. Значит, необходимо каким-то образом преобразовать информацию в доступную для восприятият человеком. Для этой цели в вычислительных машинах предусматривается специальное устройство, которое называется устройством вывода . С помощью устройства вывода обеспечивается передача результатов работы вычислительной машины во внешний мир.

Для связи пользователя с машиной предусмотрена клавиатура . С помощью клавиатуры можно вмешаться в работу и выполнить некоторые другие действия.

Вопросы для самоконтроля

Из каких элементов состоит любой процесс вычислений?

Что подразумевается под термином «хранение информации»?

Что происходит при обработке информации в процессе вычислений?

Какое устройство называется устройством ввода?

Что такое «память» машины?

Какие виды памяти существуют?

Какое устройство ЭВМ служит для переработки информации?

Для каких целей используется в ЭВМ устройство вывода?

Каково назначение клавиатуры?

2. Классическая структурная схема ЭВМ и назначение ее основных узлов

В функциональном отношении любая ЭВМ состоит из элементов – узлов и устройств.

Элемент – функциональная единица ЭВМ, выполняющая элементарную операцию над одной или несколькими цифрами и представляющая собой законченную электрическую схему. Примерами могут служить логические элементы, выполняющие функции алгебры-логики: И, ИЛИ, НЕ и др.

Узел – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и выполняющая операции над одним или несколькими числами или словами. Примерами могут служить сумматоры, счетчики, дешифраторы и др.

Устройство – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и узлов и выполняющая арифметические и логические операции, операции ввода-вывода данных и управления ходом вычислительного процесса. Например арифметические и запоминающие устройства, устройство управления, внешние устройства и другие.

Электронная вычислительная машина – это совокупность устройств, способных выполнять разнообразные арифметические, логические операции и др. без участия человека . Структура вычислительной машины – это отображение состава устройств машины и путей обмена информации между устройствами.

Первая ЭВМ была разработана в 1943 г., быстродействие такой ЭВМ было 5 000 операций сложения в секунду, весила она более 30 тонн и энергии потребляла в 1 000 раз больше, чем персональный компьютер. Состояла она из 18 000 электронных ламп.

Технология изготовления ЭВМ постоянно изменялась, но на протяжении большей части своего существования ЭВМ сохраняла архитектуру, предложенную в 40-х гг. XX в. выдающимся математиком Джоном фон Нейманом . Согласно этой модели все оборудование вычислительной машины разбивается на пять главных элементов:

центральный вычислительный блок;

устройство ввода;

устройство вывода;

• массовое хранилище данных.

Модель фон Неймана легла в основу практически всех созданных компьютеров. Джон фон Нейман сформулировал следующие основные принципы функционирования ЭВМ:

необходимость использования двоичной системы счисления;

иерархическая организация памяти;

создание арифметического устройства на основе схем, реализующих операции сложения, и указание на то, что создание специализированных устройств для выполнения других операций не целесообразно;

параллельная организация вычислений, когда операции над числами осуществляются одновременно по всем разрядам.

Одной из главных концепций Джона фон Неймана была концепция хранимой программы: программа хранится в памяти машины точно так же, как и числа. Это позволяет оперировать с закодированной в двоичном коде программой так же, как и с числами, что дает возможность изменять программу по ходу ее выполнения (этот процесс называется переадресацией).

Джон фон Нейман внес фундаментальный вклад в развитие идей конструирования ЭВМ и программирования. В 1947 г. по его идеям разрабатывались английские машины ЭДВАК и ЭДСАК, а в 1951г. – СЕАК и УНИАК (США). Это был поворотный пункт истории, с которого началось стремительное развитие вычислительной техники. В дальнейшем такие ЭВМ развивались достаточно быстро благодаря использованию новейших достижений науки и техники (рис.1).

Процессор

Рис.1. Основные элементы ЭВМ

Основными элементами ЭВМ являются:

процессор;

• системная шина;

  устройства ввода информации;

  устройства вывода информации.

Процессор выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций. Процессор работает под управлением программы. В состав процессора входят:

арифметико-логическое устройство (АЛУ);

устройство управления (УУ);

регистры общего назначения (РОН);

кэш-память (КЭШ).

Арифметико-логическое устройство осуществляет арифметические и логические операции над данными.

Устройство управления отвечает за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

В регистрах общего назначения сохраняются промежуточные результаты расчетов.

Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора.

Память предназначена для записи, хранения, выдачи данных. Существуют следующие виды памяти:

оперативная память (ОЗУ);

постоянная память (ПЗУ);

внешняя память (ВЗУ).

Оперативная память
(ОЗУ) используется для кратковременного хранения изменяемой в процессе выполнения процессором вычислительной операции. ОЗУ используется для хранения программ пользователя, исходных данных, выходных и промежуточных данных. При выключении ЭВМ информация, которая хранилась в ОЗУ, теряется.

Постоянная память (ПЗУ) используется для хранения не изменяющейся при работе ЭВМ информации. Такой информацией является, например, тестовая программа, которая стартует при включении ЭВМ и проверяет работоспособность всех устройств, как внутренних, так и внешних, драйверы устройств и др.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для долговременного хранения информации. К устройствам внешней памяти относятся накопители на магнитной ленте, накопители на жестких дисках (винчестер), накопители на гибких дисках (дискеты), накопители на оптических дисках и т.д..

Системная шина используется для передачи информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Она состоит из:

шины управления;

шины данных;

адресной шины.

Данные (в качестве данных могут выступать программы и команды) пересылаются по шине данных по адресам, которые указаны на адресной шине. Шина управления отслеживает, чтобы данные при перемещении не мешали друг другу и перемещались по очереди.

Устройства ввода информации предназначены для ввода информации (данных и команд) с внешнего носителя в память компьютера. К таким устройствам относятся:

клавиатура;

манипулятор ввода «мышь»;

• цифровая видеокамера;

  микрофон и т.д.

Устройства вывода информации осуществляют вывод информации на внешние устройства. К ним относятся:

• графопостроитель;

  акустические колонки и др.

Вопросы для самоконтроля

Какие основные элементы свойственны любому процессу вычислений?

Из каких элементов в функциональном отношении состоит любая ЭВМ?

Из каких главных элементов состоит все оборудование вычислительной машины (модель фон Неймана)?

Назовите основные принципы функционирования ЭВМ (модель фон Неймана).

Назовите основные элементы структурной схемы ЭВМ и укажите их назначение.

Назовите и охарактеризуйте устройства ввода.

Назовите и охарактеризуйте устройства вывода.

3. Классификация ЭВМ

Существует много методов классификации компьютеров, среди которых наиболее распространенным является методов классификации компьютеров по габаритам. По этому принципу различают:

большие ЭВМ;


мини-ЭВМ;


микро-ЭВМ;


персональные компьютеры (ПК).

Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфрэймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие
ЭВМ . На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные
центры , включающие несколько отделов или групп. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до многих десятков человек.

Несмотря на широкое распространение персональных компьютеров, роль больших ЭВМ не снижается. Они отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он поочередно переключается с одной задачи на другую. Такое распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени .

Мини-ЭВМ.
От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшими производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями, банками и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную работу с научной. На промышленных предприятиях мини-ЭВМ управляют производственными процессами. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

Микро-ЭВМ. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительных центров. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек.

Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с большими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах. Там они осуществляют вспомогательные операции, для которых не имеетсмысла использовать дорогие суперкомпьютеры.

Персональный компьютер (ПК ) – это компьютер, который предназначен для обслуживания одного рабочего места. Бурное развитие персональный компьютер получил в течение последних двадцати лет, так как, несмотря на свои небольшие габариты и относительно невысокую стоимость, он обладает немалой производительностью. По своим возможностям многие современные персональные модели компьютеров превосходят большие ЭВМ 70-х гг., мини-ЭВМ 80-х гг. и микро-ЭВМ первой половины 90-х гг. ПК вполне способен решать задачи большинства малых предприятий и отдельных лиц. В связи с развитием Интернета широкую популярность ПК получили после 1995г.

Вопросы для самоконтроля

Назовите наиболее ранний метод классификации компьютеров.

Какие существуют группы ЭВМ?

Где применяются большие ЭВМ?

Назначение и применение мини-ЭВМ?

Назначение и применение микро-ЭВМ?

Назначение и применение персональных компьютеров.

На какие группы делятся персональные компьютеры.

4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПерсональныХ компьютерОВ

Модели персональных компьютеров условно можно разделить на две категории: бытовые ПК и профессиональные ПК . Но в последние годы границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись. В качестве бытовых нередко используют профессиональные высокопроизводительные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств. Под термином мультимедиа подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных.

Существуют следующие признаки классификации персональных компьютеров:

по назначению;


по уровню специализации;


по типоразмерам;


по совместимости.

Классификация по назначению. С 1999 г. в области персональных компьютеров начал действовать международный сертификационный стандарт – спецификация РС99. Согласно этому стандарту персональные компьютеры делятся на группы, к каждой из которых предъявляются минимальные и рекомендуемые требования. Новый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:

Consumer PC (массовый ПК);


Office PC (деловой ПК);


Mobile PC (портативный ПК);


Workstation PC (рабочая станция);


Enternaimemt PC (развлекательный ПК).

Согласно этому стандарту большинство персональных компьютеров попадают в категорию массовых
ПК . Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, т.е. средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных
ПК – к средствам воспроизведения графики и звука.

Классификация по уровню специализации. По уровню специализации компьютеры делятся на:

универсальные;


специализированные;


графические станции;


файловые серверы;


сетевые серверы.

Универсальные компьютеры решают широкий круг задач и могут быть произвольной конфигурации.

Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Компьютеры, интегрированные в бытовую технику, например в стиральные машины, СВЧ-плиты и видеомагнитофоны, тоже относятся к специализированным.

Графические станции – это специализированные ПК, предназначенные для работы с графикой. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, в издательских отделах, а также для подготовки рекламной продукции.

Файловые серверы – это специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну локальную сеть.

Сетевыми
серверы - это компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети Интернет.

Грань между универсальными и специализированными компьютерами порой незначительна, так как во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры.

Классификация по типоразмерам. По типоразмерам персональные компьютеры делятся на:

настольные (desktop);


портативные (notebook);


карманные (palmtop).

Настольные модели распространены наиболее широко. Они отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних устройств или установки дополнительных внутренних компонентов.

Портативные
модели компьютеров можно использовать в качестве средства связи. Если подключить такой компьютер к телефонной сети (при наличии модема), то можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации. Для работы в стационарных условиях портативные компьютеры не очень удобны, но их можно использовать как системный блок, подключив к нему монитор, клавиатуру, мышь настольного компьютера.

Карманные
модели позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ.

Классификация по совместимости. Существует множество различных видов и типов компьютеров, которые выпускаются разными фирмами и работают с разным программным обеспечением. Поэтому очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависят взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными.

По аппаратной совместимости
различают так называемые аппаратные
платформы . В области ПК сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы:

IBM PC;


Apple Macintosh.

Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам – понижает.

Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости:

совместимость на уровне операционной системы;


программная совместимость;


совместимость на уровне данных.

Вопросы для самоконтроля

Какие существуют типы классификации персональных компьютеров?

Что означает термин «мультимедиа»?

5. Характеристика основных устройств
ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которая считается типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В состав базовой конфигурации входят следующие устройства:

системный блок;


монитор;


клавиатура;


мышь.

Системный блок. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними , а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними
или
периферийными .

По внешнему виду системные блоки различают формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop ) и вертикальном (tower ) исполнении.

В состав системного блока входят:

материнская плата;


жесткий диск;


дисковод гибких дисков;


дисковод компакт-дисков;


видеокарта (видеоадаптер);


звуковая карта.

Материнская плата . Материнская плата – основная плата персонального компьютера. На ней размещаются:

процессор – основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;


оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;


постоянная память (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ) – микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;


шины – наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;


слоты – разъемы для подключения дополнительных устройств.

Процессор – это основная микросхема компьютера, в которой и производятся вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, данные в которых могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами .

Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора . Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд.

Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это значит, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.

Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейство процессоров . Например, все процессоры Intel Pentium относятся к так называемому семейству х86. Родоначальником этого семейства был процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Позже выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80486, Intel Pentium 133, 166, Intel Pentium ММХ, Intel Celeron, Intel Pentium III, Intel Pentium IV и т.д. Для всех этих процессоров действует принцип совместимости от более позднего к более раннему, т.е. каждый новый процессор понимает все команды своих предшественников, но не наоборот.

Оперативная память (RAM – Random Access Memory ) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. С точки зрения физического принципа действия, различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти ), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х гг. поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт. К середине 90-х гг. он увеличился до 8 Мбайт, а затем до 16 Мбайт. Сегодня минимальным считается размер оперативной памяти 64 Мбайт, а обычным – 128 Мбайт. Очень скоро и эта величина будет превышена в несколько раз.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляются в соответствующие разъемы на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули ) и двухрядные (DIMM-модули ). Многие модели материнских плат имеют разъемы, как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя. SIMM-модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32 Мбайт, а DIMM-модули – 16, 32, 64, 128 Мбайт.

Постоянная память (ПЗУ) и система BIOS . В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки. Но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения происходит считывание команд с ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Микросхема ПЗУ длительное время хранит информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, входящих в ПЗУ, образует базовую систему ввода -вывода
(BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Шины. С остальными устройствами компьютера, в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан группами проводников, которые называются шинами . Существует три основные шины: шина данных, адресная шина, командная шина . У процессоров Intel 32-разрядная адресная шина, т.е. она состоит из 32 параллельных линий. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, который указывает на одну из ячеек оперативной памяти. По шине данных происходит обмен информацией между оперативной памятью и процессором. По шине команд поступают команды в процессор также из оперативной памяти, но не из той области, где хранятся данные, а из той, где хранятся программы.

Жесткий диск. Жесткий диск (винчестер) – это устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле, это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся на валу с высокой скоростью. Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер жесткого диска .

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность . Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют разработанную компанией IBM технологию. Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время технологический уровень приближается к 10 Гбайт на пластину.

При обращении к жесткому диску необходимо указать его имя. Это имя С:. Независимо от конфигурации компьютера это имя жестко закреплено. Иногда для удобства работы пользователя, или когда на одном компьютере работает несколько пользователей, жесткий диск разбивают специальной программой на несколько логических дисков. Каждый пользователь может работать с выделенным для него логическим диском. Имена логических дисков – латинские буквы, следующие по алфавиту за буквой С:. Например, если винчестер разбит на два логических диска, то их имена будут С: и D:, если на три – C: D: E: и т.д.

Дисковод гибких дисков. Данные на жестком диске могут храниться годами, однако иногда требуется их перенос с одного компьютера на другой. Для небольших объемов данных используют так называемые гибкие
диски (дискеты ), которые вставляют в специальный накопитель – дисковод . Имя этого дисковода А:. Это имя так же, как и имя винчестера, жестко закреплено.

Первый компьютер IBM PC был выпущен в 1981 г. К нему можно было подключить внешний накопитель, использующий односторонние гибкие диски диаметром 5,25 дюйма. Емкость диска составляла 160 Кбайт. В следующем году появились аналогичные двусторонние диски емкостью 320 Кбайт. Начиная с 1984 г. выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт). В наши дни диски размером 5,25 дюйма не используются, и соответствующие дисководы в базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 г. не поставляются.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980г. В настоящее время стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности . Они имеют емкость 1,4 Мбайт и маркируются буквами HD (high density – высокая плотность).

Гибкие диски – ненадежные носители данных. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля могут стать причиной частичной или полной утраты записей, хранящихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства архивного хранения данных нельзя. Их в основном применяют только для транспортировки данных с одного компьютера на другой.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM. В период 1994-1995гг. в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них ввели накопители CD-ROM, имеющие такие же внешние размеры.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное
запоминающее устройство на основе компакт-диска . Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается очень высокой плотностью, и диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства многократной записи CD-RW (Compact Disc Recorder-Writer).

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составляющая 150 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х (х – единица измерения скорости, равная 150 Кбайт/с). Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройства многократной записи – до 4х.

Имя дисковода для чтения компакт-диска жестко не закреплено. При установке операционной системы дисководу присваивается имя D:, если винчестер не разбит на логические диски. Если винчестер разбит на несколько логических дисков, то в качестве имени дисководу присваивается латинская буква, следующая за буквой последнего имени логического диска. Например, если винчестер разбит на два диска C: и D:, то CD-ROM имеет имя E:.

Видеокарта (видеоадаптер). Все операции, связанные с построением изображения, выделены в отдельный блок, который называется видеоадаптером . Он выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы, и называется видеокартой . В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768 точек и т.д.).

Звуковая карта. Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней платы и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.

Монитор. Монитор (дисплей) – это устройство визуального представления данных. Его основными параметрами являются:

размер экрана;


разрешение экрана;


частота регенерации (обновления) изображения;


класс защиты.

Размер экрана . Единица измерения – дюйм. Измеряется по диагонали. Стандартные размеры: 14″; 15″; 17″; 19″; 20″; 21″. В настоящее время наиболее распространенными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов. Для операций с графикой наиболее распространены мониторы размером 19-21 дюйм.

Разрешение экрана . Чем разрешение экрана выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, соответственно, тем меньше видимый размер элементов изображения. Для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер.

Размер монитора	Оптимальное разрешение экрана
14 дюймов	640х480
15 дюймов	800х600
17 дюймов	1024х768
19 дюймов	1280х1024

Для работы в Интернете параметр разрешения зависит от способа оформления Web-страниц. Всего лишь несколько лет назад абсолютное большинство Web-страниц успешно воспроизводилось на экранах размером 640х480. Однако с развитием средств вычислительной техники большинство Web-страниц рассчитаны на работу с разрешением экрана 800х600, а некоторые – 1024х768.

Цветовое разрешение определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной.

Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день – 256 цветов, хотя большинство программ требует не менее 65 тыс. цветов (режим High Color). Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн. цветов (режим True Color).

Работа в полноцветном режиме True Color с высоким экранным разрешением требует значительных размеров видеопамяти. Еще недавно типовыми считались видеоадаптеры с объемом памяти 2-4 Мбайт, но уже сегодня обычным считается объем 16 Мбайт.

Частота регенерации (обновления ) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее часто называют частотой кадра ). Измеряется частота кадра в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно даже невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимально допустимым считается значение частоты регенерации 75 Гц, нормативным – 85 Гц и комфортным – 100 Гц и более.

Класс защиты
монитора определяет стандарт, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ТСО-95, а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

Параметрами изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав операционной системы, под управлением которой работает компьютер.

Клавиатура . Клавиатура – это клавишное устройство управления персональным компьютером. Клавиатура предназначена для ввода алфавитно-цифровых символов, а также команд управления компьютером. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя .

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, которые можно разделить на следующие группы:

алфавитно-цифровые;


функциональные;


служебные;


клавиши дополнительной панели.

Группа
алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода алфавитно-цифровых символов и команд. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах ) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним
регистром (для ввода прописных символов) выполняется при нажатой клавише Shift (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу Caps Lock (фиксированное переключение). Когда эта клавиша включена, то горит одноименный индикатор, расположенный в правом верхнем углу клавиатуры. Для перехода на новый абзац, при вводе короткой строки и при подтверждении ввода команды нажимают клавишу Enter .

Закрепление символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами называется раскладкой клавиатуры . Переключения между различными раскладками выполняются программным образом, так как это одна из функций операционной системы. В зависимости от того, какая операционная система установлена на компьютере, будут использованы те или иные клавиши для переключения раскладки клавиатуры. Например, в системе Windows_98 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая
клавиша
Alt+Shift или Ctrl+Shift .

Группа функциональных клавиш – это двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Назначение этих клавиш в каждой конкретной программе различно. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.

Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. К ним относятся клавиши Shift, Enter , регистровые клавиши Alt и Ctrl (они используются только в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша Тab (для ввода позиций табуляции при наборе текста, т.е. перемещения курсора сразу на несколько позиций), клавиша Esc (для отказа от исполнения последней введенной команды) и клавиша BackSpace (для удаления символов, находящихся слева от курсора). Клавиша BackSpace находится над клавишей Enter и часто маркируется стрелкой, направленной влево.

Служебные клавиши Print Screen, Scroll Lock , Pause/Break находятся справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:

Print Screen – печать текущего состояния экрана на принтере (для MS DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).


Scroll Lock – переключение режима раскладки клавиатуры в некоторых (как правило, устаревших) программах.


Pause/Break – приостановка/прерывание текущего процесса.

Клавиши управления курсором
расположены справа от алфавитно-цифровых клавиш и позволяют управлять позицией ввода. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации.

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора на одну позицию в направлении, указанном стрелкой. Клавиша PageUp – перевод курсора на одну страницу вверх. Клавиша PageDown – перевод курсора на одну страницу вниз. Понятие «страница» относится к фрагменту документа, видимому на экране. Клавиша Home переводит курсор в начало текущей строки. Клавиша End переводит курсор в конец текущей строки. Клавиша Insert переключает режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Клавиша Delete предназначена для удаления символов, находящихся справа от текущего положения курсора.

Группа клавиш дополнительной панели находится в правой части клавиатуры и дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. При включенной клавише Num Lock (горит одноименный индикатор в правом верхнем углу клавиатуры) дополнительный блок клавиатуры работает в цифровом режиме, а при выключенной – в режиме клавиш перемещения курсора.

Мышь . Мышь – устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Компьютером управляют с помощью перемещения мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. Эти нажатия называют щелчками. Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками или с двумя кнопками и одним вращающимся регулятором. Левая кнопка мыши обычно служит для выбора той или иной команды (одиночный щелчок), запуска команды на выполнение (двойной щелчок), правая кнопка – для вызова контекстного меню. Контекстное меню – это список команд, которые относятся к тому объекту, на который указывает левая кнопка мыши.

Вопросы для самоконтроля

Какова базовая конфигурация персонального компьютера?

Что входит в состав системного блока?

Каково назначение процессора?

Что такое оперативная память и для чего она используется?

Что такое постоянная память и для чего она используется?

Что такое жесткий диск?

Назовите основные параметры жестких дисков.

Каково назначение гибких дисков?

Что такое CD-ROM?

Назовите основные параметры мониторов.

Для чего необходима звуковая карта?

Назовите основные группы клавиш на клавиатуре.

6. Характеристика дополнительных устройств Персонального Компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. К таким устройствам относятся:

устройства ввода графических данных;


устройства вывода данных;


устройства хранения данных;


устройства обмена данными.

Устройства ввода графических данных. Для ввода графической информации используют сканеры, цифровые фотокамеры.

Сканеры бывают:

планшетные;


ручные;


барабанные;


сканеры форм;


штрих-сканеры.

Планшетные сканеры . Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Основными параметрами планшетных сканеров являются:

разрешающая способность;


производительность;


динамический диапазон;


максимальный размер сканируемого материала.

Типичный показатель разрешающей способности для офисного применения: 600-1200 dpi (количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 1200-3000 dpi.

Производительность сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так и от типа интерфейса, использованного для сопряжения с компьютером.

Динамический диапазон определяется отношением яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального применения – от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).

Ручные сканеры . Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разрешающая способность ручного сканера составляет 15-300 dpi.

Барабанные сканеры . В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi) благодаря применению фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования фотонегативов, слайдов и т.п.

Сканеры форм . Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или вручную. Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов голосований и анализе анкетных данных. От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования. Основным наиболее важным потребительским параметром является быстродействие.

Штрих-сканеры . Эта разновидность ручных сканеров предназнчена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.

Устройства вывода данных. В качестве устройств вывода данных используются печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге. По принципу действия различают матричные, струйные и лазерные принтеры.

Матричные принтеры . Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стрежней (“иголок”) через красящую ленту. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от количества иголок в печатающей головке. Наибольшее распространение имеют 9-игольчатые и 24-игольчатые матричные принтеры. Последние позволяют получать оттиски документов, не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке.

Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду. Недостатками работы являются невысокая скорость печати и шум.

Струйные принтеры . В струйных принтерах изображение формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. К положительным свойствам струйных принтеров следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость, а также более высокую скорость печати по сравнению с матричными принтерами. При выборе струйного принтера следует обязательно иметь ввиду параметр стоимости печати одного оттиска.

Лазерные принтеры . Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ppm – page per minute). Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

разрешающая способность, dpi (точек на дюйм);


производительность (страниц в минуту);


формат используемой бумаги;


объем собственной оперативной памяти.

Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высокоэффективных отпечатков. Модели среднего класса обеспечивают разрешение печати 600 dpi, полупрофессиональные модели – 1200 dpi, профессиональные модели – 1800 dpi.

При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4, т.е. стоимость оттиска.

Устройства хранения данных. Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в следующих случаях:

когда на компьютере обрабатывается больше данных, чем можно разместить на жестком диске;


когда необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство.

В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств на основе магнитных или магнитооптических носителей.

Стримеры . Стримеры – это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров относят малую производительность (она связана прежде всего с тем, что магнитная лента – это устройство последовательного доступа) и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя). Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких сот Мбайт.

ZIP-накопители . ZIP-накопители работают с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250 Мбайт. ZIP-накопители выпускаются во внутреннем и внешнем исполнении. В первом случае их подключают к контроллеру жестких дисков материнской платы, а во втором – к стандартному параллельному порту, что негативно сказывается на скорости обмена данными.

Накопители HiFD .
Основным недостатком ZIP-накопителей является отсутствие их совместимости со стандартными гибкими дисками 3,5 дюйма. Такой совместимостью обладают устройства HiFD компании Sony. Они позволяют использовать как специальные носители емкостью 200 Мбайт, так и обычные гибкие диски. В настоящее время распространение этих устройств сдерживается повышенной ценой.

Магнитооптические устройства .
Эти устройства представляют собой магнитные диски, на которых запись и чтение информации производится с помощью лазера. Таким образом, здесь сочетаются преимущества магнитной и оптической технологий. Устройство для работы с такими дисками может монтироваться как в корпусе компьютера, так и быть внешним. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Устройства для записи компакт-дисков (CD-RW). Эти устройства позволяют производить запись как на специальных одноразовых матрицах, так и на перезаписываемых матрицах многократного использования. Информация записанная на компакт-диск может быть прочитана на любом компьютере, оснащенном приводом CD-ROM.

DVD-накопители . Это семейство оптических дисков, одинакового размера с компакт-дисками (CD), но значительно большей емкости хранения (до 4,7 Гб), достигнутой за счет увеличения плотности записи. В основе появления DVD-дисков лежала идея разработать такой носитель информации, который мог бы одинаково успешно использоваться в звуковой и видеоаппаратуре, в компьютерной технике, игровых приставках. Это обеспечило бы сближение разных областей электроники. Название DVD (Digital Versatile Disk) означает Цифровой Универсальный Диск. Геометрические размеры DVD- и CD-дисков идентичны, все DVD оборудование способно читать диски CD-аудио и CD-ROM. Эти накопители используют самые современные технологии записи информации. На стандартном DVD-диске можно разместить более 4 Мбайт, что почти на порядок превосходит вместимость компакт-диска. Кроме того, DVD-накопители позволяют работать практически со всеми видами обычных компакт-дисков. Существуют устройства как только для чтения, так и для чтения и записи DVD-дисков. Широкое же распространение DVD-накопителей сдерживается их высокой стоимостью.

Устройства обмена данными. К таким устройствам относится модем. Модем
– это
устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи (Модулятор+ДеМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяются на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Для обеспечения выхода в Интернет через устройства мобильной связи (сотовые радиотелефоны) в них могут встраиваться (или подключаться снаружи) модемы специального типа. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи. Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом, обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними. К основным потребительским параметрам модемов относится производительность (бит/с), от которой зависит объем данных, передаваемых в единицу времени.

Вопросы для самоконтроля

Какие устройства называются внешними?

Какие группы устройств относятся к внешним?

Какие устройства используются для ввода графической информации?

Какие существуют типы сканеров?

Какие устройства используются для вывода данных?

Какие существуют типы печатающих устройств?

Какие устройства используются для хранения данных?

Какое устройство используется для обмена данными?

Опишите принцип работы модема.

ГЛОССАРИЙ

№ пп	Понятие	Смысл понятия
	Буфер обмена	Специальная область оперативной памяти, предназначенная для работы с фрагментами текста
	Видеоадаптер	Блок, предназначенный для операций, связанных с построением изображения
	Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)	Используется для долговременного хранения информации
	Гибкий диск	Используется для оперативного переноса небольших объемов данных
	Жесткий диск	Основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ
	Звуковая карта	Устройство, предназначенное для воспроизведения звука
	Информация	Исходные данные, промежуточные и окончательные результаты счета, а также формулы и способ счета и т.п.
	Клавиатура	Клавишное устройство, предназначенное для управления компьютером
	Компьютер	Универсальный электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки, транспортировки и воспроизведения данных
	Конфигурация	Состав вычислительной системы
	Материнская плата	Элемент компьютера, на котором размещены процессор, ОЗУ, ПЗУ, разъемы (слоты) и др.
	Модем	Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи
	Монитор	Устройство визуального представления данных
	Оперативная память (ОЗУ)	Используется для кратковременного хранения изменяемой в процессе выполнения процессором вычислительной операции
	Память	Предназначена для записи, хранения, выдачи данных
	Пиксель	Элементарная точка изображения на экране дисплея
	Постоянная память (ПЗУ)	Используется для хранения не изменяющейся при работе ЭВМ информации
	Принтер	Устройство вывода данных
	Процессор	Устройство, выполняющее логические и арифметические операции и определяющее порядок выполнения операции
	СD-ROM	Устройство чтения компакт-дисков
	Системная шина	Используется для передачи информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ
	Системный блок	Основной узел персонального компьютера, внутри которого установлены наиболее важные компоненты
	Сканер	Устройство ввода графической информации
	Спецификация РС99	Международный сертификационный стандарт
	Стриммер	Накопители на магнитной ленте
	Устройство ввода	Специальное устройство, позволяющее воспринимать информацию из внешнего мира и передать ее в машину
	Частота кадра	Показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение

ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ, аппаратные средства (часто конструктивно отделённые от основного блока ЭВМ), расширяющие функциональные возможности ЭВМ за рамки вычислительных операций процессора и работающие под её управлением. В основном предназначены для хранения информации и обмена данными между ЭВМ и объектами внешней среды (пользователями, объектами управления и др.). Как правило, внешние устройства ЭВМ делят на устройства внешней памяти (накопители), устройства ввода-вывода, устройства связи.

Накопители служат для длительного хранения данных (например, программ, результатов расчётов, текстов), по сравнению с оперативным запоминающим устройством характеризуются большим объёмом хранимой информации и низким быстродействием. Накопитель состоит из одного или нескольких (например, накопитель на жёстких магнитных дисках - НЖМД) физического носителей данных, головки записи и считывания (для накопителей воспроизводящего типа - только считывания) и одного или нескольких приводов, изменяющих положение головки относительно носителя. Нередко для работы с одним носителем используют сразу несколько головок чтения/записи (например, накопители на магнитных лентах - НМЛ).

По типу доступа к данным накопители делят на устройства с последовательным (для чтения/записи блока данных требуется просмотр всех предшествующих блоков) и произвольным (для чтения/записи нужного блока данных не требуется считывания всех предшествующих блоков) доступом. В накопителях с последовательным доступом (например, НМЛ) время доступа к блоку данных зависит от его местоположения. В современных НМЛ используют методы, позволяющие относительно быстро перемещать головку к заданному блоку данных (например, индексные метки). К современным стандартам НМЛ можно отнести LTO и VXA, первый из которых применяет линейную, а второй - винтовую (наклонную, helical scan) схему записи информации на ленте. Наиболее распространённый вид НМЛ - стримеры.

При произвольном (прямом) доступе время доступа к блоку данных не зависит от его местоположения на носителе. Наибольшее распространение получили НЖМД (или винчестеры) и накопители на оптических дисках (CD-ROM, DVD-ROM, получившие дальнейшее развитие в стандартах HD-DVD и Blue Ray). Широко распространённые в прошлом накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, дискета) постепенно выходят из употребления. На смену им пришли оптические накопители с возможностью перезаписи (CD-RW, DVD-RW) и твердотельные накопители на основе флэш-памяти. К накопителям с произвольным доступом также относят магнитооптические диски, накопитель Бернулли, zip-дисководы, Floptical (НГМД с позиционированием головки по оптическим меткам) и др.

Устройства внешней памяти могут быть с постоянными или сменными носителями. Постоянный носитель является частью самого устройства и не может быть извлечён из него в процессе функционирования (например, жёсткие диски). Сменный носитель не является частью устройства и может устанавливаться в накопитель и извлекаться из него в процессе работы (например, стримеры, гибкие и оптические диски). Результаты расчётов могут быть сохранены на сменном носителе и перенесены на другую ЭВМ, поддерживающую тот же формат сменных носителей на физическом и логическом уровнях. Несменные накопители имеют более высокую скорость доступа к данным и предназначены для хранения той информации, которая чаще всего используется в работе (например, программ операционной системы, сервисных программ). Большинство современных накопителей энергонезависимы, что обеспечивает сохранение данных текущего сеанса работы с ЭВМ в случае отключения питания сети.

Устройства ввода-вывода осуществляют ввод данных в ЭВМ, вывод результатов вычислений, а также необходимые для этого преобразования данных. В первых ЭВМ ввод информации производился побитно посредством штекеров и переключателей, а вывод осуществлялся на цифровые индикаторы. Появившиеся позднее устройства ввода-вывода символьной информации с перфокарт и перфолент, электрические пишущие машинки, телетайпы, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства обеспечили более высокую скорость обмена данными.

В современных ЭВМ для ввода данных чаще всего применяют клавиатуру и различные виды манипуляторов (мышь, трекбол, джойстик), а для вывода - индикаторные панели и видеодисплеи (мониторы). Системы планшетного ввода и графопостроители (плоттеры) позволяют работать с графической информацией. Используются также системы акустической связи с ЭВМ, включающие устройства распознавания и синтеза речевых сигналов. Ввод данных с печатных носителей осуществляется при помощи сканирующих устройств (планшетные, барабанные, ручные сканеры). Для вывода информации в виде твёрдой копии (например, на бумаге) применяют печатающие устройства (принтеры). Так называемые «объёмные принтеры» позволяют получать объёмные модели небольших объектов из специального пластика. В ручном или автоматическом режиме при помощи специального оборудования может осуществляться ввод трёхмерных моделей в память ЭВМ.

У современных специализированных ЭВМ (различного назначения) набор внешних устройств весьма широк (например, различные датчики, исполнительные устройства), и функции многих из них лишь условно могут быть определены как ввод-вывод. Например, бортовая ЭВМ летательного аппарата получает данные от гироскопов, радара, терминала системы глобального позиционирования и использует их для управления рулями курса и высоты, подачи топлива и пр.; ЭВМ кондиционера управляет скоростью вращения вентилятора и рабочим циклом компрессора на основании данных термометра и гигрометра. В качестве внешних устройств ЭВМ могут выступать сканеры штрих-кодов, видеопроектор, источник бесперебойного питания и др.

Устройства связи применяют для организации каналов передачи данных. На небольших расстояниях для подключения внешних устройств широко применяют специализированные последовательные шины USB и IEEE-1394 (FireWire). Для обеспечения одновременной работы большого числа последовательных или параллельных каналов ввода-вывода используют специализированные многопортовые коммуникационные платы, снабжённые специализированным процессором для эффективной организации прямого доступа к памяти (ПДП, от английский DMA - direct memory access). При ПДП передача данных по общей шине между оперативной памятью и периферийным устройством (например, жёстким диском) происходит без участия центрального процессора, что значительно ускоряет пересылку данных и снижает нагрузки на центральный процессор.

Для связи на больших расстояниях применяют разнообразные виды модемов, которые осуществляют передачу, приём и преобразование (в соответствии с выбранным стандартом - протоколом) цифрового сигнала в аналоговый (и обратно). Модемы делят на встраиваемые (реализуемые в виде платы расширения) и внешние (подключаемые к ЭВМ с помощью последовательного канала или шины USB). В качестве канала связи могут выступать телефонные линии, выделенные проводные или оптоволоконные линии, радиорелейные линии связи и др. Факс-модем, кроме текстов, может принимать и передавать факсимильные сообщения. К устройствам связи относят также шифраторы и дешифраторы, предназначенные соответственно для шифровки и расшифровки выходных и входных текстов.

Лит.: Авдеев В. А. Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства. М., 2001.