Электронные вычислительные машины.Персональные компьютеры. Внешние устройства эвм
Реферат
На тему:
Принтер
Большая часть рабочих станций оборудованы принтером (печатающим устройством), на котором осуществляется изготовление твердой копии - распечатки алфавитно-цифровых команд на бумаге. Некоторые принтеры обеспечивают дамп экрана - небольшую твердую копию чертежа, изображенного на экране УВО. Такие копии имеют небольшое рас решения и применяются только для отложения очной выдачи при выполнении чертежа. Принтер с возможностью графического дампа экрана иногда называют миниплоттером.
Для систем САПР разработано уже несколько типов принтеров, но наибольшую популярность, в основном, завоевали матричные принтеры. Они представляют собой электромеханическое устройство, которое создает на бумаге образ, который состоит из тысяч маленьких точек, образующиеся при ударах тонких иголочек об красящего ленту. Символы и графические элементы не могут быть изображены вполне сразу как отдельные объекты. Полное отражение формируется постепенно, по мере того как печатающая головка движется горизонтально взад вперед по обертаючомуся на цилиндрическом барабане листа. Другими словами, твердая копия строится из точек тем же способом и имеет почти такой же внешний вид, как и изображение на растровом дисплее. Поэтому матричные принтеры очень удобны при работе с растровым УВО и могут руководствоваться одним и тем же процессором рабочей станции.
Роздилювани периферийсни устройства
Перечисленные ниже аппаратные устройства разделяются между рабочими станциями системы САПР. Типичными разделяющимися периферийными устройствами являются: плоттер (графопобудувач), устройство для управления магнитной встречной (магнитофон), дисковод и фотоплоттер.
Плоттеры
Плоттеры автоматически производят на листке бумаги точную твердую копию исчисленного на компьютере чертежи. Преимущественно в системах САПР используются следующие типы плоттеров:
А) рулонный;
Б) планшетный;
В) электростатический;
Г) струйный.
Плоттеры типов а и б являются векторными устройствами, будуться из отдельных геометрических элементов или тушью, или шариковым пером. Такие плоттеры преимущественно имеют несколько перьев, которые рисуют линии различной толщины и цвета. Пера выбираются автоматически в соответствии с атрибутами "слоя", установленными в процессе создания чертежа в системе САПР.
Устройство визуального отображения (ПВВ)
Все компьютерные чертежи отображаются на ПВВ. На этот же или на отдельный алфавитно-цифровой дисплей могут выводиться некоторые текстовые приложения. Алфавитно-цифровые дисплеи преимущественно используют для ввода команд в компьютер, вывода служебных сообщений и работы с меню функций черчения.
Большинство ПВВ систем САПР отражают графическую информацию на устройствои, который называется электронная струйные трубка (ЭСТ). ЭСТ по существу Вакуумная стеклянной трубкой, в которой есть электронная пушка, которая выпускает пучок электронов в экран с люминофорным покрытием, в результате чего на экране появляется след, который горит.
За последние 20 лет было разработано несколько типов ЭСТ. Наиболее известные из них следующие:
А) запоминающая трубка с непосредственным воспроизведение информации (ЗЕЛТ);
Б) ЭЛТ (дисплей) с векторной регенерацией;
В) ЭЛТ (растровый дисплей) с растровой регенерацией.
Цветная ЭСТ. Особенностью цветного растрового дисплея является то, что цветная ЭСТ имеет три электронные пушки, а во монохромной ЭСТ - только одна. Каждая из трех пушек соответствует оттенок (красном, синем и зеленом). Экран цветной ЭСТ состоит из тысяч люминофорных пятен, сгруппированных по три (каждой из них соответствует основной цвет). При попадании луча от определенной электронной пушки на каждую такую пятно она будет светиться соответствующим ему оттенком и тем самым создавать цветной пиксель. Три луча разделяются мизерными отверстиями в металлической пластине, которая называется теневой маской, которая размещена на обратной стороне экрана.
Процессор рабочей станции
В ранних разработках систем САПР упор делался на центральный (главный) компьютер, который оказывал огромную память и обеспечивал возможности графическим командам. Рабочие же станции тогда фактически были просто "молчаливыми" (неинтеллектуальными) терминалами с небольшими (если они были) средствами процессирования. С появлением растровых ЭСТ и благодаря непрерывному развитию графических средств начали использоваться "интеллектуальные" рабочие станции со своими собственными локальными процессорами.
Процессор рабочей станции (иногда называют графическими процессором) представляет собой компьютер (преимущественно 16-битный с Емкость памяти 256-768 К байт) внутри каждой рабочей станции, который помогает главному компьютеру повысить скорость формирования графических изображений, используя при этом памяти " Пять главного компьютера.
Такие сложные средства, как трехмерное моделирование, существенно нуждаются в памяти главного компьютера. Эти средства становятся все более популярными, что, наверное, способствует повышению интеллекта рабочих станций.
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
 |  |
|
 |
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
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.
Понятие архитектуры ЭВМ . Эволюция универсальных ЭВМ. Поколения ЭВМ. Элементная база ЭВМ.
^ Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия компонентов ЭВМ.
Поколения ЭВМ
1. Основной признак – элементарная база, состоящая из электровакуумных ламп. Недостатки: большие габариты, большие затраты электроэнергии, большое время переключения состояний, высокая стоимость, быстрый износ.
2. Середина 50-х. Элементная база – транзистор. Это позволило уменьшить габариты, увеличить скорость и уменьшить стоимость. ЭВМ 2-го поколения производились уже серийно. Принципиальное отличие: работа с алгоритмическими языками программирования высокого уровня. Появились телетайпы для ввода и печатающие устройства для вывода информации, накопители на магнитных дисках.
3. Элементная база – интегральные микросхемы, появившиеся в 1960-х гг. В их состав были включены дисплеи, накопители на магнитных дисках, и некоторые другие элементы. ЭВМ 3-го поколения уже производились промышленно, и решались на них достаточно серьезные задачи.
4. В 1970-х гг. появились большие интегральные схемы (БИС), где на одной полупроводниковой пластине находилось несколько тысяч транзисторов. Такая высокая степень интеграции позволила создать микропроцессор (1972г). На их основе появился ПК. Кроме того, ЭВМ 4-го поколения имели цветные графические дисплеи, магнитные диски, электронные печатающие устройства.
5. ЭВМ 5-го поколения имеют элементной базой так называемые большие интегральные схемы, которые на одной пластине имеют миллионы транзисторов. Это позволило увеличить вычислительную мощность компьютера и все остальные элементы ПК должны соответствовать.
^ Классы современных ЭВМ:
1. Супер ЭВМ – многопроцессорный вычислительный комплекс, имеющий 64- или 128-разрядный процессор, десятки, а то и сотни гигабайт оперативной памяти; десятки, сотни терабайт ПЗУ. Единственный недостаток – высокая стоимость. Супер ЭВМ фирмы Cray стоит около 70 млн. долларов
2. Рабочая станция (Power Station ) – ЭВМ, основанная на RISK-процессорах (имеют меньшую производительность, чем супер ЭВМ, но большую, чем ПК). Выпускаются серийно и предназначены для определенных задач: САПР, геоинформационных систем, систем аудио- и видеомонтажа, банковских систем. В настоящее время большинство рабочих станций работает на UNIX-подобных ОС, которые называются AIX. Стоимость рабочей станции – от 20 до 100 тыс. долларов.
3. ^ Персональные компьютеры – предназначены для решения очень широкого класса задач. Первый персональный компьютер был выпущен фирмой Apple в 1972 году. В 1981 году появился первый ПК IBM.
В ПК IBM используется принцип «открытой архитектуры»: регламентируется и стандартизируется только принцип действия компьютера и его конфигурации. Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов, выпущенных независимыми производителями. Кроме того, в компьютер можно вставлять различные устройства, удовлетворяющие стандартам.
^ Основы классификации ЭВМ. Классификационные признаки. Принципы устройства последовательной ЭВМ (архитектура фон Неймана). Технические показатели ЭВМ.
Принципы фон-Неймана:
1. ^ Принцип произвольного доступа к основной памяти означает, что основная память состоит из одинаковых ячеек, и процессору в любой момент времени доступна любая из ячеек для чтения и записи данных. Все ячейки пронумерованы, и номер ячейки определяет ее адрес. Общее количество ячеек называется объемом памяти .
2. ^ Принцип хранимой программы: программа хранится в основной памяти наряду с обрабатываемыми данными. Достаточно сменить программу и данные, и ЭВМ будет решать другую задачу.
3. Принцип универсальности: информация, находящаяся в основной памяти не имеет признаков принадлежности к определенному типу, то есть команды могут рассматриваться как данные.
^ Классификация ЭВМ
Назначению . Обычно выделяют ЭВМ общего применения и ЭВМ ориентированные на вполне определенный класс задач. Традиционную электронную вычислительную технику (ЭВТ) подразделяют на аналоговую и цифровую. В аналоговых вычислительных машинах (АВM) обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых величин: тока, напряжения, угла поворота какого-то механизма и т.п. Эти машины обеспечивают приемлемое быстродействие, но не очень высокую точность вычислений (0.001:0.01). АВМ используются в основном в проектных и научно-исследовательских учреждениях в составе различных стендов по отработке сложных образцов техники. По своему назначению их можно рассматривать как специализированные вычислительные машины. В цифровых вычислительные машинах (ЭВМ) информация кодируется двоичными кодами чисел. ЭВМ обладают универсальными свойствами и являются самой массовой ЭВТ.
Производительности : ЭВМ подразделяются по величине производительности. Классификация средств вычислительной техники. Можно предложить следующую классификацию средств вычислительной техники, в основу которой положено их разделение по быстродействию:
Супер ЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупнейших информационных банков данных.
Большие ЭВМ (mainframe), которые представляют собой многопользовательские машины с центральной обработкой, с большими возможностями для работы с базами данных, с различными формами удаленного доступа. Для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров.
Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов. В этих машинах особое внимание уделяется сохранению и безопасности данных, программной совместимости и т.д.
Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.
Режимам работы :
однопрограммные ЭВМ
мультипрограммные ЭВМ (Эти ЭВМ должны иметь большую оперативную память, средства управления временем, ввода-вывода, средства позволяющие исключить влияния программ друг на друга);
ЭВМ для построения многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем (дополнительно к мультипрограммным ЭВМ должны реализовывать функции взаимного обмена между ЭВМ);
ЭВМ для работы в системах реального времени (Говоря о машинах реального времени наиболее очевиден пример, когда ЭВМ управляет техническим объектом (автопилот). К ним предъявляют требования быстродействия и способность получать массу сигналов от внешних источников).
Способ структурной организации . Для увеличения скорости ЭВМ в ее состав включают несколько процессоров. Различают:
Однопроцессорные ЭВМ;
Мультипроцессорные ЭВМ (можно также выделить квазипроцессорные ЭВМ), состоят как из однотипных, так и из разнотипных процессоров (неоднородные ЭВМ).
Производительность - пиковая, номинальная, системная, эксплуатационная.
Номинальная - с обращениями к ОЗУ. Системная - с учётом взаимодействия всех у-в.
Эксплуатационная - исходя из реальных задач.
Ед. измерения - MIPS (для целых чисел), MFlOps, GFlOps, TFlOps. Тактовая частота - длительность такта - в наносекундах.
Стандарт, по которому определяется интегральная производительность ПК, а также оценка его отдельных частей, создан фирмой Ziff-Davis. Время доступа - для ОЗУ и кэша - в нс, для ЖД и CD-ROM - в мс, для НГМД - в 0.1 с. Скорость передачи
^ Архитектура универсальной ЭВМ с последовательным выполнением команд. Функциональное назначение, физические принципы действия и организация основных блоков.
Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман.
Использование двоичной системы для представления чисел имеет преимущества для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации – текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Еще одной поистине революционной идеей, значение которой трудно переоценить, является предложенный Нейманом принцип "хранимой программы”. Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.
Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.
Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ. но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.
В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.
Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название "фон-неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).
По-видимому, значительное отклонение от фон-неймановской архитектуры произойдет в результате развития идеи машин пятого поколения, в основе обработки информации в которых лежат не вычисления, а логические выводы.
Конструктивное устройство современной ПЭВМ: - основные узлы и их функциональное назначение. Схемотехнические элементы компьютера: - генплата, микропроцессор (МП), комплект интегральных микросхем окружения (Chipset). Микросхемы памяти (ОЗУ) и их типы. Контроллеры и адаптеры. Органы управления и внешние интерфейсы.
Основные узлы ЭВМ.
Основными узлами ЭВМ являются:
Центральный процессор (ЦП)
(ЦП) = (УУ) + (АЛУ)
Оперативная память (ОЗУ)
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
Внешняя память (ВЗУ)
Устройства Ввода (УВв)
Устройства Вывода (УВыв)
Все устройства ЭВМ подсоединены к единой ИНФОРМАЦИОННОЙ
Материнская плата является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:
Процессоры
Память постоянная(BIOS), оперативная
Системные шины
Разъемы для подключения дополнительных устройств(слоты)
^ Системная шина :
Микропроцессор(Central Processing Unit) – функционально законченное программно-управляемое устройство, обработка информации в котором управляется в виде БИС или СБИС.
Микропроцессор выполняет:
Чтение и дешифрацию команд из основной памяти
Чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств
Прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств
Обработка данных и их запись основную память и регистр адаптеров внешних устройств
Выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков PC
CISC(Complex Instruction Set Computing) – полный набор команд
RISC(Reduced Instruction Set Computing) – сокращенный набор команд – рабочие станции, сервера
ОЗУ – служит для оперативной записи и хранения, считывания данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе. Является энергозависимой, после выключения питания никакие данные в ней не сохраняются.
Семейство ОЗУ содержит два важных типа запоминающих устройств: статическое ОЗУ (SRAM) и динамическое ОЗУ (DRAM). Главное различие между ними – это долговечность хранимых ими данных. SRAM сохраняет свое содержимое до тех пор, пока к микросхеме подается энергия. Если же энергия отключена, или временно отсутствует, содержимое чипа будет потеряно навсегда. DRAM, с другой стороны, имеет чрезвычайно короткий период продолжительности работы данных – обычно около четырех миллисекунд, даже если энергия подается непрерывно.
Словом, SRAM имеет все свойства памяти, с которыми ассоциируется слово RAM. В сравнении с ней, DRAM кажется, как будто бы, бесполезной. Сама по себе, она таковой и является. Однако можно использовать простой элемент конструкции, именуемый контроллером DRAM, для того, чтобы DRAM вела себя скорее как SRAM. Работа контроллера DRAM заключается в периодическом обновлении данных, хранящихся в DRAM. Обновляя данные до того, как они исчезнут, содержимое памяти может сохраняться так долго, как это необходимо. Таким образом, DRAM так же эффективна, как и SRAM.
Контроллер - устройство управления в электронике и вычислительной технике.
Контроллер прерываний (КП).
Таймер и ЧРВ, контроллеры шины и памяти, системный и периферийный контроллеры,
кэш-контроллеры.
^ Устройство управления (УУ) -- формирует и подает во все блоки машины управляющие импульсы; выдает адреса требуемых ячеек памяти, и передает их в другие блоки ЭВМ.
^ Серия IBM-совместимых ПЭВМ (IBM PC). Основные современные конфигурации. Технические показатели и характеристики. Другие типы аппаратных платформ ПЭВМ.
IBM-совместимыми компьютерами называют ПК тех производителей, которые при создании своих ПК ориентируются на IBM PC. IBM-совместимый ПК может использовать большинство внешних устройств и программ, предназначенных для IBM PC. Все IBM-совместимые компьютеры используют операционную систему Microsoft DOS (PS-DOS у IBM, MS-DOS у ПК других производителей) и процессоры Intel (или совместимые с ними). Вообще говоря, все ПК, работающие в DOS, являются совместимыми. Принцип совместимости дает значительную экономию средств и времени при модернизации старых и создании новых систем.
В настоящее время MS-DOS фирмы Microsoft остается самой популярной в мире операционной системой для IBMPC-совместимых персональных компьютеров. Ее поставки начались в 1981 году вместе с компьютерами IBM PC (под названием PC-DOS). Многие черты MS-DOS были унаследованы от операционной системы CP/M-80 фирмы Digital Research, применявшейся в 8-разрядных персональных компьютерах.
Операционная система MS-DOS позволяет использовать программное обеспечение, созданное для MS-DOS, и предоставляет пользователю ряд возможностей по работе с файлами данных, их организации в каталоги и использованию устройств ввода-вывода. MS-DOS является однозадачной однопользовательской операционной системой, работающей в реальном режиме микропроцессоров x86 , использующей 640 Кбайт памяти компьютера и поддерживающей сравнительно простую файловую систему (File Allocation Table, FAT). Изначально MS-DOS ориентирована на работу с микропроцессорами 8086 и 8088, имевшими только один режим работы - так называемый реальный. Защищенный режим работы микропроцессоров Intel 80286 и выше (с адресацией до 16 Мбайт памяти) могут использовать только некоторые драйверы MS-DOS, с виртуальной памятью система не работает.
Альтернативой IBM-совместимым персональным компьютерам являются компьютеры AppleMacintosh .
^ Блочно-функциональное устройство персонального компьютера с магистральной организацией (общей системной шиной). Понятие открытой архитектуры.
Основным устройством ПК является материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии передачи данных, адресов и управления.
Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения данных.
Подключение всех внешних устройств: клавиатуры, монитора, внешних ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры, карты.
Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Микропроцессор
Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Компоненты микропроцессора:
АЛУ выполняет логические и арифметические операции
Устройство управления управляет всеми устройствами ПК
Регистры используются для хранения данных и адресов
Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.
^
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.Из нее процессор считывает программы и исходные данные для обработки в свои регистры, в нее записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, в результате процессору не приходится ждать при чтении или записи данных в память.
Кэш-память
Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.
Контроллеры
Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные.
В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ) с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате
^ Системная магистраль
Системная магистраль (шина)
- это совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их взаимодействие.Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI – E Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера
Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера.
Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами.
^ Внешняя память. Классификация накопителей
Для хранения программ и данных в ПК используются накопители различных типов. Накопители - это устройства для записи и считывания информации с различных носителей информации. Различают накопители со сменным и встроенным носителем.
По типу носителя информации накопители разделяются на накопители на магнитных лентах и дисковые накопители. К накопителям на магнитных лентах относятся стримеры и др. Более широкий класс накопителей составляют дисковые накопители.
По способу записи и чтения информации на носитель дисковые накопители разделяются на магнитные, оптические и магнитооптические.
К дисковым накопителям относятся:
накопители на флоппи-дисках;
накопители на несменных жестких дисках (винчестеры);
накопители на сменных жестких дисках;
накопители на магнитооптических дисках;
накопители на оптических дисках (CD-R CD-RW CD-ROM) с однократной записью и
накопители на оптических DVD – дисках (DVD-R DVD-RW DVD-ROM и др.)
^ Дополнительные устройства
Периферийные устройства - это устройства, которые подключаются к контроллерам ПК и расширяют его функциональные возможности
По назначению дополнительные устройства разделяются на:
устройства ввода (трэкболлы, джойстики, световые перья, сканеры, цифровые камеры, диджитайзеры)
устройства вывода (плоттеры или графопостроители)
устройства хранения (стримеры, zip - накопители, магнитооптические накопители, накопители HiFD и др.)
устройства обмена (модемы)
^ Открытая архитектура - архитектура компьютера , периферийного устройства или же программного обеспечения , на которую опубликованы спецификации , что позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой.
^ Внутренние интерфейсы ЭВМ. Системные и локальные шины. Контроллер шины. Иерархическая организация шин.
Системная шина :
Это интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Включает:
Кодовую шину данных (параллельная передача всех разрядов числового кода)
Кодовая шина адреса (параллельная передача всех разрядов кода адреса, ячейки памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства)
Кодовая шины инструкции (передача управляющих сигналов во все блоки РС)
Шина Эл.Питания(подключение некоторых элементов РС к системе Эл.питания)
1. Между микропроцессором и основной памятью
2. Между микропроцессором и портами ввода-вывода устройств
3. Между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств(режим прямого доступа к памяти)
Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичными примерами локальных шин являются VL-Bus и PCI.
-
17 апреля 2015Соляная лампа «Каменный цветок -
17 апреля 2015Продуктивные способы потратить время в интернете -
17 апреля 2015Как установить приложение плей маркет на ноутбук
