Технологии программирования. Устройство персонального компьютера .

Содержание:

Введение

Персональный компьютер (ПК) — это не один электронный аппарат, а небольшой комплекс взаимосвязанных устройств, каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин “конфигурация ПК” означает, что конкретный компьютер может работать с разным набором внешних (или периферийных) устройств, например, с принтером, модемом, сканером и т.д.

Эффективность использования ПК в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в его составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПК. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПК, которые в наибольший степени соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задачи.

Среди пользователей сложилось два подхода к проблеме изучения устройства компьютера. Существует большое количество людей, которым принципиально всё равно, как работает компьютер. В основу своего взаимодействия с ним они кладут советы грамотных коллег и хорошую память. В этом случае запоминают только алгоритм действий, позволяющих решить ту или иную задачу помощью компьютера. Такой подход оправдывает себя, когда для решения профессиональных задач пользователь использует компьютер от случая к случаю, выполняя ограниченный набор действий. Несовершенство этого подхода проявляется в нештатных ситуациях, когда необходимо предпринимать не стандартные действия.

Особенности второго подхода сформулировал автор ряда программ и работ в области прикладной информатики Питер Нортон: «Знать, как он работает, не менее важно, чем уметь работать с ПК. Вы можете вполне успешно пользоваться услугами компьютера, не понимая того, что в нем происходит. Однако чем глубже вы представляете процессы, происходящие в ПК, тем лучше будете использовать его возможности… Если что-нибудь случится в процессе работы с компьютером, вероятность того, что вы примете правильное решение, а не наделаете глупостей и не испортите всё окончательно, будет выше». Представляется, что такая точка зрения в большей степени соответствует требованием квалификационной характеристики специалиста с высшим образованием.

Состав компьютера можно разделить на два класса: внутренние и внешние (переферийные) устройства. Рассмотрим же их подробнее.

1 Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера

Персональный компьютер — универсальная техническая система. Его конфигура­цию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре уст­ройства (рис. 3.1):

• системный блок;

• монитор;

• клавиатура;

• мышь.

1.1 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, — внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и дли­тельного хранения данных, также называют периферийными.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персо­нальных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам:

полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. Прежним стандартом корпуса персональных компьютеров был форм-фактор AT, в настоящее время в основном используются корпуса форм-фактора ЛТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы (см. ниже).

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким , образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 250-300 Вт.

1.2Монитор

Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими пара­метрами являются: тип, размер и шаг маски экрана, максимальная частота регене­рации изображения, класс защиты.

Сейчас наиболее распространены мониторы двух основных типов на основе элек­тронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК). ЭЛТ- мониторы обеспечивают лучшее качество изображения, но в пользу жидкокристаллических мониторов говорит их компактность, небольшой вес, идеально плоская поверхность экрана.

Размер монитора измеряется между противоположными углами видимой части экрана по диагонали. Единица измерения - дюймы. Стандартные размеры: 14", 15"; 17", 19", 20", 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 (ЖК) и 17 дюймов (ЭЛТ), а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм (ЭЛТ).

Изображение на экране ЭЛТ - монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в ваку­умной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом.

Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изобра­жение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее рас­пространены мониторы с шагом маски 0,24-0,26 мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0,43 мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0,24 мм.

На экране жидкокристаллического монитора изображение образуется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного напряжения. Элементарная триада состоит из трех ячеек зеленого, красного и синего цвета и соответствует одному пикселу экрана. Размер монитора по диагонали и разрешение экрана однозначно определяет размер такой триады и, тем самым зернистость изображения.

Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также назы­вают частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера (см. ниже), хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения может быть заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Для ЭЛТ - мониторов минимальным считают значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным — 100 Гц и более. У жидко­кристаллических мониторов изображение более инерционно, так что мерцание подавляется автоматически. Для них частота обновления в 75 Гц уже считается комфортной.

Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует мони­тор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время обще­признанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт MPR-II огра­ничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО-95 и ТСО-99 — ужесточены. 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).

Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения — мы рассмотрим их при изучении операционной системы компьютера.

1.3Клавиатура

Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управ­ления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными сис­темными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем.

1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, генерирует и выдает так называемый скан-код.

2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры. (Порты — специальные аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.) Порт клавиатуры — это довольно про­стое устройство, интегрированное в одну из микросхем материнской платы.

3. Порт клавиатуры выдает процессору прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания — 9 (Interrupt 9, Int9).

4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти, в которой находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний — это спи­сок адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпада­ющим с номером записи.

5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиа­турного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут «под­ставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в неболь­шую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор.

8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче.

9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он предназначался, например текстовый редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, возможен эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Состав клавиатуры. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функцио­нально распределенных по нескольким группам.

Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информа­ции и команд, набираемых по буквам. 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) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключе­ние). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов нацио­нальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом — это одна из функций опера­ционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows XP для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет пере­ключение.

Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишу­щих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются рас­кладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕН (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), разме­щенных в верхней части клавиатуры. 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. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увели­ченный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клави­шами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от испол­нения начатой операции и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направ­ленной влево).

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются 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 работы в некоторых (как правило, уста­ревших) программах.

• PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса (для MS-DOS).

Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-циф­ровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполня­ющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позво­ляют управлять позицией ввода.

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указан­ном стрелкой (их обычно называют просто курсорными клавишами). Действие про­чих клавиш описано ниже.

PAGE UP/PAGE DOWN — перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например, Windows) этими клавишами выпол­няют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых кла­виш, в первую очередь SHIFT и CTRL. Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши HOME и END переводят курсор в/начало или конец текущей, строки соот­ветственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.

В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкрет­ную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, — это также зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от теку­щего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).

Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первона­чальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми (при выключенном переключателе NUM LOCK клавиши дополнительной панели могут использоваться в качестве клавиш управления кур­сором).

В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устрой­ствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет. Тем не менее за дополнительной клавиатурой сохраняется важная функция ввода символов, для которых известен расширенный кодЛ5'С//(см. выше), но неиз­вестно закрепление за клавишей клавиатуры. Так, например, известно, что символ «§» (параграф) имеет код 0167, а символ «°» (угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих им клавиш на клавиатуре нет. В таких случаях для их ввода ис­пользуют дополнительную панель.

Порядок ввода символов по известному ALT-коду.

1. Убедиться в том, что включен переключатель MUM LOCK.

2. Нажать и удержать клавишу ALT.

3. Не отпуская клавиши ALT, набрать последовательно на дополнительной панели alt-код вводимого символа, например: 0167.

4. Отпустить клавишу ALT. Символ, имеющий код 0167, появится на экране в позиции ввода.

Настройка клавиатуры. Клавиатуры персональных компьютеров обладают свойст­вом повтора знаков, которое используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при длительном удержании клавиши начинается автоматический ввод связанного с ней кода. При этом настраиваемыми параметрами являются:

• интервал времени после нажатия, по истечении которого начнется автомати­ческий повтор кода;

• темп повтора (количество знаков в секунду).

Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы. Кроме параметров режима повтора, настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переклю­чения раскладок. Со средствами настройки клавиатуры мы познакомимся при изу­чении функций операционной системы.

1.4 Мышь

Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плос­кую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверх­ности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.

Принцип действия. В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры мышь не является стандартным Органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выде­ленного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода (BIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоми­нающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки пре­рываний мыши.

В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает.

Она нуждается в поддержке специальной системной программы — драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при уста­новке операционной системы компьютера. Хотя мышь и не имеет выделенного порта на материнской плате, для работы с ней используют один из стандартных портов, средства для работы с которыми имеются в составе BIOS. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам. Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. (Эти нажатия называются щелчками.) В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации — ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению.

Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интер­фейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изме­няет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютер­ной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в графическом виде.

Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками. Сегодня наиболее распространены мыши, в которых роль третьей кнопки играет вращающееся колесико-регулятор. Функции дополнитель­ных органов управления определяются тем программным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством.

К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции левой и правой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок). Программные средства, предна­значенные для этих регулировок, обычно входят в системный комплект программ­ного обеспечения — мы рассмотрим их при изучении операционной системы.

2 Внутренние устройства системного блока

2.1 Материнская плата

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

• процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих рабо­той внутренних устройств компьютера и определяющих основные функцио­нальные возможности материнской платы;

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

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

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

• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

2.2 Жесткий диск

Жесткий диск — основное 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 с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плос­кого диска, а 2п поверхностей, где п — число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения- записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90-250 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков частично интегрированы в сам жесткий диск, а частично выполняются микросхемами, входящими в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему могут поставляться на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR — Giant Magnetic Resistance). В настоящее время на пластину может прихо­диться 40 и более Гбайт, но развитие продолжается.

С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от техно­логии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показа­тель скорости внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с), и потому их про­изводительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13-16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE; до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI и от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394 и Serial ATA.

Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин — 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 4-6 мкс.

2.3 Дисковод гибких дисков

Информация на жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой акку­ратности и определенной квалификации.

Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так назы­ваемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный нако­питель — дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрел­кой на его пластиковом кожухе.

Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеря­ется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

Первый компьютер IBM PC (родоначальник платформы) был выпущен в 1981 году. 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 года выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт). В наши дни диски размером 5,25 дюйма не используются, так что производство и применение соответствующих дисководов практически прекратилось с середины 90-х годов.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года. Односторонний диск обычной плотности имел емкость 180 Кбайт, двусторонний — 360 Кбайт, а двусторонний двойной плотности — 720 Кбайт. Ныне стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и

маркируются буквами HD (high density — высокая плотность).

С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается

шпинделем дисковода и приводится во вращение. Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи и пыли. Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие. Для разрешения записи задвижку перемещают в обратную сторону и перекрывают отверстие. В некоторых случаях для безусловной защиты информации на диске задвижку выламывают физически, но и в этом случае разрешить запись на диск можно, если, например, заклеить образовавшееся отверстие тонкой полоской липкой ленты.

Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо. Их используют только для транспортировки инфор­мации или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

При передаче данных на гибком носителе следует придерживаться следующих правил этикета.

1. Все данные передаются в двух экземплярах.

2. Данные не удаляются с жесткого диска до тех пор, пока потребитель не под­твердил их благополучное получение, например по телефону.

При использовании гибких носителей в качестве резервного средства хранения данных следует придерживаться следующих рекомендаций.

1. Если эти данные неизменяемые, следует создать одну копию на гибком носителе, но не удалять данные с жесткого диска. Если данные с жесткого диска следует удалить, количество копий, закладываемых на хранение, должно быть не менее двух.

2. Если резервируемые данные подлежат периодическому изменению, то с жесткого диска их не удаляют, а количество резервных копий на гибких дисках должно быть не менее двух. Для этих копий устраивают периодическую ротацию с заданной периодичностью. Например, в конце первой рабочей недели копируют данные с жесткого диска на первый резервный комплект, а в конце второй недели — на второй резервный комплект, после чего еженедельно производят ротацию резервных комплектов.

При получении данных на гибком диске следует придерживаться следующих рекомендаций.

1. До начала работы с данными диск следует проверить антивирусными программными средствами. Среди вредоносных программ есть такие, которые поражают не только файлы программ и данных, но и носители информации. Даже «чистый» гибкий диск может содержать так называемые «загрузочные вирусы».

2. С данными, поставленными на гибком диске, работать не рекомендуется. Это не только непроизводительно, но и небезопасно (для данных). Прежде всего следует скопировать полученные данные на жесткий диск компьютера, после чего работать только с жестким диском.

3. Даже если работа с полученными данными в ближайшее время не предполага­ется, все равно их следует скопировать на жесткий диск немедленно после полу­чения, так как во время хранения гибкого диска данные могут быть утрачены.

4. Правила делового этикета требуют немедленно после копирования данных с гибкого диска на жесткий оповестить лицо, предоставившее гибкий диск, о том, что прием данных состоялся. Это позволит ему сознательно распорядиться своими резервными копиями.

В новейших компьютерах происходит постепенный отказ и от этого типа носите­лей, которые вытесняются записывающими дисководами CD-RW.

2.4 Дисковод компакт-дисков CD-ROM

В период 1994-1995 годов в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего 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 от записи на магнитных дис­ках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-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. Программные продукты, распространяемые на компакт-дисках, назы­вают мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевы­вают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические изда­ния (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-RОМ является невозможность записи данных, но параллельно с ними сегодня существуют и устройства записи компакт-дисков — дисководы CD-RW. Для записи используются специальные заготовки. Некоторые из них допускают только однократную запись (после записи диск превращается в обычный компакт-диск CD-ROM, доступный только для чтения), другие позволяют стереть ранее записанную информацию и выполнить запись заново.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения музыкальных компакт-дисков, составляющая в пересчете на данные 150 Кбайт/с. Таким - образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью — 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 48х-56х. Для заготовок, рассчитанных на однократную запись, скорость записи в соответствующих устройствах не уступает скорости чтения. Для заготовок многократной записи скорость записи может составлять 12х-24х.

2.5 Видеокарта (видеоадаптер)

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального ком­пьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональ­ной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные о ярко­сти отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший назва­ние видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видео-картой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA , , (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры S VGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640х480, 800х600,1024х768,1152х864; 1280х1024 точек и далее).

Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, соответственно, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразбор­чивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зре­ния. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изоб­ражения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных эле­ментов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе.

Таким образом, для каждого размера монитора существует свое оптимальное раз­решение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер (табл. 3.1). При каче­ственном мониторе, хорошем зрении и ограниченном времени работы за компью­тером разрешение можно увеличить на одну ступень.

Таблица 3.1. Разрешение экрана монитора

Размер монитора	Оптимальное разрешение экрана	Примечание
14 дюймов ЭЛТ	640х480	Не поддерживается в Windows ХР
15 дюймов ЭЛТ	800х600	Минимальное разрешение для современных программ
15 дюймов ЖК или 17 дюймов ЭЛТ	1024х768	Типичное разрешение для современных программ
17 дюймов ЖКК или 19 дюймов ЭЛТ	1280х1024

Большинство современных прикладных и развлекательных программ рассчитано на работу с разрешением экрана 800х600 и более. Именно поэтому сегодня мини­мально приемлемый размер монитора составляет 15 дюймов. Для работы с доку­ментами, подготовленными для печати на стандартных листах бумаги формата А4, необходимо экранное разрешение не менее 1024х768 и, соответственно, размер монитора в 17 дюймов.

Для работы в Интернете параметр разрешения зависит от способа оформления Web-страниц. Современные Web-страницы рассчитаны на работу с разрешением экрана 1024х768, хотя многие приемлемо выглядят и при разрешении 800х600.

Для большинства прикладных программ оптимальным также является разреше­ние 1024х768 и более, хотя в случае необходимости программы, как правило, допус­кают настройку своих панелей управления, делающую возможной работу в разре­шении 800х600. Надо понимать, что при этом снижается производительность труда.

Таким образом, в настоящее время для работы с документами и службами Интер­нета наиболее приемлем размер ЭЛТ - монитора в 17 дюймов. Почти такое же изоб­ражение обеспечивает ЖК - монитор размером в 15 дюймов. Размеры экранов более 17 дюймов и разрешения выше, чем 1024х768, применяю! при работе с компью­терной графикой, системами автоматизированного проектирования и системами компьютерной верстки изданий.

Цветовое разрешение (глубина цвета) 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.

В зависимости от заданного экранного разрешения и глубины цвета размер буфера кадра видеопамяти можно определить по следующей формуле:

, где:

Р — необходимый объем памяти видеоадаптера;

т — горизонтальное разрешение экрана (точек);

п — вертикальное разрешение экрана (точек);

b — разрядность кодирования цвета (бит).

Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день — 256 цветов, хотя большинство программ требуют 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. Современные видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения, снижая нагрузку на централь­ный процессор ценой дополнительных затрат видеопамяти. Объем видеопамяти, установленной на видеоадаптер, сегодня определяется не размером буфера кадра, а необходимостью выполнения подобных дополнительных операций, и обычно составляет 32-128 Мбайт.

Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппарат­ным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители обычно входят в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения). Несколько лет назад существовали и видеоускорители, которые поставлялись в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.

Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными програм­мами, использующими стандартный интерфейс (обычно офисного применения), и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компью­терных игр, и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графи­ческих операций. Все современные видеокарты обладают функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.

2.6 Звуковая карта

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

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая коли­чество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифро­вую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняш­него дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разряд­ные и 64-разрядные устройства.

В области воспроизведения звука наиболее сложно обстоит дело со стандартиза­цией. В отсутствие единых централизованных стандартов, стандартом де-факто стали устройства, совместимые с устройством SoundBlaster, торговая марка на кото­рое принадлежит компании Creative Labs.

В последнее время обработка звука рассматривается как относительно простая операция, которую, в связи с возросшей мощностью процессора, можно возложить и на него. В отсутствие повышенных требований к качеству звука можно исполь­зовать интегрированные звуковые системы, в которых функции обработки звука выполняются центральным процессором и микросхемами материнской платы. В этом случае колонки или иное устройство воспроизведения звука подключается к гнез­дам, установленным непосредственно на материнской плате.

3 Системы, расположенные на материнской плате

3.1 Оперативная память

Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристалли­ческих ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов опе­ративной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденса­торов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распрост­раненный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеи­ваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресур­сов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микро­элементы — триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

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.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В большинстве современных процессоров предельный размер адреса обычно составляет 32 разряда, а это означает, что всего независимых адресов может быть 2³². Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 2³² байт = 4 Гбайт. Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предель­ный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно не может превосходить нескольких Гбайт. Минимальный объем памяти определяется требо­ваниями операционной системы и для современных компьютеров составляет 128 Мбайт.

Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компью­тере, непрерывно меняется. В середине 80-х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем и до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти в 256 Мбайт, но тенденция к росту сохраняется.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называ­емых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться непол­ная разборка»узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специ­алистам.

В современных компьютерах обычно применяют три типа модулей оперативной памяти. Модули памяти SDRAM (DIMM-модули) сегодня уже считаются устаревшими и используются в компьютерах прошлых поколений. Наиболее распростра­нены модули типа DDR SDRAM (DDR DIMM), обеспечивающие более быстрый доступ к памяти. Модули типа RDRAM(RIMM-модули) применяются на некоторых компьютерах с процессором Pentium 4, но стоят заметно дороже и поэтому менее распространены. Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и скорость передачи данных. Сегодня наиболее распространены модули объемом 128-512 Мбайт. Скорость передачи данных определяет максимальную пропуск­ную способность памяти (в Мбайт/с или Гбайт/с) в оптимальном режиме доступа. При этом учитывается время доступа к памяти, ширина шины и дополнительные возможности, такие как передача нескольких сигналов за один такт работы. Одина­ковые по объему модули могут иметь разные скоростные характеристики.

Иногда в качестве определяющей характеристики памяти используют время доступа. Оно измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Для современных модулей памяти это значение может составлять 5 нс, а для особо быстрой памяти, используемой в основном в видеокартах, — снижаться до 2-3 нс.

3.2 Процессор

Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки опера­тивной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основ­ных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина. У процессоров семейства Pentium (а именно они наиболее распро­странены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных проводников. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копиро­вания данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В современных персональных компью­терах шина данных, как правило, 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся про­граммы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укла­дываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная, хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Система команд процессора. В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находя­щиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосред­ственно как данные, часть данных — как адресные данные, а часть — как команды. 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 и не взаимозаменяемы.

Процессоры с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессоров семейства Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной систе­мой команд — CISC-процессорами (CISC — Complex Instruction Set Computing).

В противоположность С/5'С-процессорам в середине 80-х годов появились процес­соры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC — Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше и каждая из них выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоя­щие из простейших команд, выполняются этими процессорами много быстрее. Оборотная сторона сокращенного набора команд состоит в том, что сложные опера­ции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд сокращенного набора.

В результате конкуренции между двумя подходами к архитектуре процессоров сложилось следующее распределение их сфер применения:

• CISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах;

• RISC-процессоры используют в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.

Персональные компьютеры платформы IBM PC ориентированы на использование CISC -процессоров.

Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, 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 семейства процессоров. Так, например, все процессоры Intel Pentium относятся к так называемому семейству х86. Родоначальником этого семейства был 16-разряд­ный процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Впоследствии выпускались процессоры Intel80286, Intel 80386, Intel 80486, несколько моделей Intel Pentium; несколько моделей Intel Pentium MMX, модели Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Celeron, Intel Xeon, Intel Pentium III, Intel Pentium 4 и другие. Все эти модели, и не только они, а также многие модели процессоров компании AMD и некоторых других производителей относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз».

Принцип совместимости «сверху вниз» — это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот. Это естественно, поскольку двадцать лет назад разработчики про­цессоров не могли предусмотреть систему команд, нужную для современных про­грамм. Благодаря такой совместимости на современном компьютере можно выпол­нять любые программы, созданные в последние десятилетия для любого из предшествующих компьютеров, принадлежащего той же аппаратной платформе.

Основные параметры процессоров. Основными параметрами процессоров явля­ются:

• рабочее напряжение,
• разрядность,
• рабочая тактовая частота,
• коэффициент внутреннего умножения тактовой частот10ы
• размер кэш-памяти.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 2 В; Понижение рабочего напряже­ния позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обра­ботать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины). В ближайшем будущем предполагается проникновение 64-разрядных процессоров на персональ­ные компьютеры.

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты. В персональном компью­тере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессор­ный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в еди­ницу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты некоторых процессоров уже превосходят 3 миллиарда тактов в секунду (3 СГц).

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня базовая частота материнской платы составляет 100-200 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты. Коэффициент внутрен­него умножения в современных процессорах может достигать 10-20 и выше.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одно­временно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попадани­ями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш­-памяти.

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш­-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

3.3 Микросхема 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 ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения. Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся 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 нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

3.4 Энергонезависимая память CMOS

Выше мы отметили, что работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоми­нающем устройстве.

Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компью­тера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой аккумуляторной батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать месяцами.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе обо­рудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

3.5 Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во мно­гом зависит производительность компьютера.

ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедре­ние почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина еще может использоваться в некоторых компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например, звуковых карт и модемов.

IESA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами ISA/EISA и устройств, подключаемых к ним, практически прекращен.

VLB. Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA (VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов- Оно связано тем, что при внедрении процессоров третьего и четвертого поко­лений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (в качестве основной ; использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повы­шенной пропускной способности, — так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую про­пускную способность до 130 Мбайт/с.

Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локаль­ной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 МГц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 МГц возможно подключение двух, а при частоте 33 МГц — трех уст­ройств. Активное использование шины VLB продолжалось очень недолго, она была ^вскоре вытеснена шиной PCI.

PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect — стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах во времена про­цессора 80486 и первых версий Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локаль­ной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной ком­пьютера (ISA/EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи — мосты PCI (PCI Bridge). В современных компьютерах функции моста PCI выпол­няют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).

Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают час­тоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разряд­ных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.

Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышлен­ный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI про­исходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.

Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номе­рами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызы­вают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств — эти функции во многом были возложены на операционную систему.

FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памя­тью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro, используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на частоте 100-200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров — именно он и ука­зывается в спецификации материнской платы. Современные типы памяти (DDR SDRAM, RDRAM) способны передавать несколько сигналов за один такт шины FSB, что повышает скорость обмена данными с оперативной памятью.

AGP. Видеоадаптер — устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Когда параметры шины PCI перестали соответствовать требованиям видео­адаптеров, для них была разработана отдельная шина, получившая название A GP (Advanced Graphic Port — усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность за счет передачи нескольких сигналов за один такт. Число сигналов, передаваемых за один такт, указывается в виде множи­теля, например Л GP4X (в этом режиме скорость передачи достигает 1066 Мбайт/с). Последняя версия шины AGP имеет кратность 8х.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — стандарт меж­дународной ассоциации производителей плат памяти для персональных компью­теров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт'памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах.

USB (UniversalSerial Bus — универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт опре­деляет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устрой­ство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика, но вполне достаточна для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик, принтер и т. п. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

3.6 Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)

Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост».

«Северный мост» обычно управляет взаимосвязью процессора, оперативной памяти и порта AGP.

«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции контроллера шины PCI, моста ISA — PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.

У предыдущих поколений материнских плат связь между северным и южном мос­том обеспечивала шина PCI, контроллер которой располагался в северном мосте. У современных материнских плат мосты соединены новой шиной повышенной производительности, а контроллер шины PCI находится в южном мосте вместе с контроллерами всех прочих устройств.

4 Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интер­фейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных;

• устройства вывода данных;

• устройства хранения данных;

• устройства обмена данными.

4.1 Устройства ввода знаковых данных

Специальные клавиатуры. Клавиатура является основным устройством ввода дан­ных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, рас­кладки ее клавиш или метода подключения к системному блоку.

Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.

Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизированной раскладкой и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним относится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только, специали­зированные рабочие места.

По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура;

4.2 Устройства командного управления

Специальные манипуляторы. Кроме обычной мыши существуют и другие типы манипуляторов, например: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши.

Трекбол в отличие от мыши устанавливается стационарно, и его шарик приводится в движение ладонью руки. Преимущество трекбола состоит в том, что он не нужда­ется в гладкой рабочей поверхности, поэтому трекболы нашли широкое примене­ние в портативных персональных компьютерах.

В последнее время, однако, в портативных компьютерах вместо трекболов исполь­зуются тачпады — сенсорные пластины, реагирующие на движение пальца пользо­вателя по поверхности. Удар пальцем по поверхности тачпада воспринимается как нажатие кнопки. Недостатком тачпадов является невысокая точность.

Пенмаус представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения.

Инфракрасная мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком.

Для компьютерных игр и в некоторых специализированных имитаторах применяют также манипуляторы рычажно-нажимного типа (джойстики) и аналогичные им джойпады, геймпады. и штурвально-педальные устройства. Устройства этого типа подключаются к специальному порту, имеющемуся на звуковой карте, или к порту USB.

4.3 Устройства ввода графических данных

Для ввода графической информации используют сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. Интересно отметить, что с помощью скане­ров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в Графическом виде, после чего обрабатывается специальными программ­ными средствами (программами распознавания образов).

Планшетные сканеры. Планшетные сканеры предназначены для ввода графиче­ской информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.

Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются:

• разрешающая способность;

• производительность;

• динамический диапазон;

• максимальный размер сканируемого материала.

Разрешающая способность планшетного сканера зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600-1200 dpi (dpi — dots per inch, 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 логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. 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. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в дан­ном случае выполняется вручную. Равномерность, и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150-300 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 не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.)

Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполнен­ных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных. От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.

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

Графические планшеты (дигитайзеры) предназначены для ввода художественной графической информации. Существует несколько различных принципов действия графических планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специ­ального пера относительно планшета. Устройства удобны для художников и иллю­страторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).

Цифровые фотокамеры. Как и сканеры, эти устройства воспринимают графиче­ские данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоуголь­ную матрицу. Основным параметром цифровых фотоаппаратов является разре­шающая способность, которая напрямую связана с количеством ячеек ПЗС в матрице. Наилучшие потребительские модели в настоящее время имеют 2-4 млн. ячеек ПЗС и, соответственно, обеспечивают разрешение изображения до 1600х1200 точек и выше. У профессиональных моделей эти параметры еще выше.

4.4 Устройства вывода данных

В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры.

Матричные принтеры. Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней ^«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, практически не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке. В настоящее время матричные принтеры считаются устаревшими и практически не выпускаются.

Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печа­таемых знаков в секунду (cps — characters per second). Обычными режимами работы матричных принтеров являются: draft — режим черновой печати, normal — режим обычной печати и режим NLQ (Near Letter Quality), который обеспечивает каче­ство печати, близкое к качеству пишущей машинки.

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

Принцип действия лазерных принтеров следующий:

• в соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность свето­чувствительного барабана;

• горизонтальная развертка изображения выполняется вращением зеркала;

• участки поверхности светочувствительного барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд;

• барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим соста­вом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;

• при дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу;

• лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера спекаются и закрепляются на бумаге.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

• разрешающая способность, dpi (dots per inch — точек на дюйм)',

• производительность (страниц в минуту);

• формат используемой бумаги;

• объем собственной оперативной памяти.

При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать параметр стоимости оттиска, то есть стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4. К расходным материалам относятся тонер и барабан, который после печати определенного количества оттисков утрачивает свои свой­ства. В качестве единицы измерения используют цент на страницу (имеются в виду центы США). В настоящее время теоретический предел по этому показателю доставляет порядка 1,0-1,5. На практике лазерные принтеры массового применения обеспечивают значения от 2,0 до 6,0.

Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высококачественных отпечатков. Уже модели среднего класса обеспечивают [разрешение печати до 600 dpi, а профессиональные модели — до 1800 dpi и выше.

Светодиодные принтеры. Принцип действия светодиодных принтеров похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Поскольку эта линейка расположена по всей ширине печатаемой страницы, отпадает необходимость в механизме формирования горизонтальной развертки и вся конструкция получается проще, надежнее и дешевле. Типичная величина разрешения печати для светоди­одных принтеров составляет порядка 600 dpi.

Струйные принтеры. В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге Сформируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. В некоторых моделях капля выбра­сывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта — этот метод позво­ляет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.

Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. В этих условиях особую роль играют вязкостные свойства красителя и свойства бумаги.

К положительным свойствам струйных печатающих устройств следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей и, соответственно, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость. Основным недостатком, по сравнению с лазерными принтерами, является нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати.

Сегодня струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати. Благодаря простоте конструкции они намного превосходят цветные лазерные прин­теры по показателю качество/цена. При разрешении выше 600 dpi они позволяют получать цветные оттиски, превосходящие по качеству цветные отпечатки, полу­чаемые фотохимическими методами.

При выборе струйного принтера следует обязательно иметь виду параметр сто­имости печати одного оттиска. Хотя цена струйных печатающих устройств замет­но ниже, чем лазерных, стоимость печати одного оттиска на них может быть в не­сколько раз выше.

4.5 Устройства хранения данных

Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:

• когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;

• когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регуляр­ное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных в пре­делах того же жесткого диска не является резервным и только создает иллюзию безопасности).

В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств, использующих магнитные или магнитооптические носители.

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 достигает нескольких десят­ков гигабайт. Дальнейшее повышение емкости за счет повышения плотности записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты сдерживается низким временем доступа к данным.

Накопители на съемных магнитных дисках. К этой категории относится несколько разных типов устройств, ни одно из которых так и не стало общепринятым стандартом. Например, ZIP-накопители выпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с диско­выми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250/750 Мбайт. 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. Распространение этих устройств сдерживается высокой ценой.

Накопители JAZ, как и ZIP-накопители, выпускаются компанией Iomega. По своим характеристикам JAZ -носитель приближается к жестким дискам, но в отличие от них является сменным. В зависимости от модели накопителя на одном диске можно разместить 1 или 2 Гбайт данных.

Магнитооптические устройства. Эти устройства получили широкое распространение в компьютерных системах высокого уровня благодаря своей универсальности. С их помощью решаются задачи резервного копирования, обмена данными и их накопления. Однако достаточно высокая стоимость приводов и носителей не позволяет отнести их к устройствам массового спроса.

В этом секторе параллельно развиваются 5,25- и 3,5-дюймовые накопители, носители для которых отличаются в основном форм-фактором и емкостью. Последнее поколение носителей формата 5,25" достигает емкости 5,2 Гбайт. Емкость носителей 3,5" несколько ниже, от 640 Мбайт до 2,3 Гбайт.

В перспективе ожидается появление накопителей заметно большего объема (до нескольких десятков Гбайт).

Флэш-диски. Это современное устройство хранения данных на основе энергонезависимой флэш-памяти. Устройство имеет минимальные размеры и допускает «горячее» подключение в разъем USB, после чего распознается как жесткий диск, причем не требует установки драйвера. Объем флэш-дисков может составлять от 32 Мбайт до 1 Гбайт, их распространение сдерживает относительно высокая цена.

4.6 Устройства обмена данными

Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (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 подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. 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 г обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.

К основным потребительским параметрам модемов относятся:

• производительность (бит/с);

• поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок;

• шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA или РСI).

Заключение

С каждым днем цифровые технологии все больше входят в нашу жизнь. Вместе с развитием вычислительных систем, стремительно развиваются и другие отрасли цифрового мира. Как уже было сказано, на сегодняшний день среди многообразия цифровых устройств можно встретить некоторые устройства, которые еще несколько лет назад не имели ни малейшего отношения к персональным компьютерам.

Что же касается самих компьютеров, то сегодня практически ни одна организация не обходится без них. Хранение данных, написание документов, составление графиков, таблиц, расписаний, создание презентаций - во всем в этом нам помогает компьютер, и помогает успешно. Все многообразие периферийных устройств призвано облегчить как общение человека с компьютером (или системой, которой он управляет), так и людей между собой.

При выполнении данной курсовой работы (как теоретической, так и практической её части) использовались многие из описанных в работе устройств ввода, вывода и хранения информации. При этом о значимости каждого из них в отдельности и всех вместе даже не приходится задумываться. Они все выполняли те функции, для которых предназначены и тем самым с успехом использовались при написании работы.

Современную и дальнейшую жизнь уже просто невозможно себе представить без компьютера. Различные цифровые устройства становятся неотъемлемой частью обихода каждого человека. Поэтому знание назначения и устройства компьютера, всевозможных периферийных устройств к нему и программного обеспечения, умения с ними работать совершенно необходимы в современной жизни, что наглядно продемонстрировано в данной работе.

Библиография:

1. Аппаратные средства PC: Олег Колесниченко, Игорь Шишигин, Валентин Соломенчук — Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2010 г.- 800 с.
2. Архитектура персонального компьютера. Организация, устройство, работа: В. В. Старков — Санкт-Петербург, Горячая Линия - Телеком, 2009 г.- 538 с.
3. Бесплатная защита компьютера от вирусов, хакеров и "блондинов". Практическое руководство с видеоуроками (+ DVD-ROM): Василий Халявин — Москва, Мартин, 2014 г.- 96 с.
4. Интеллектуальные игры в информатике: Д. М. Златопольский — Москва, БХВ-Петербург, 2012 г.- 390 с.
5. Интеллектуальные игры в информатике: Д.М. Златопольский — Москва, Книга по Требованию, 2004 г.- 393 с.
6. Информатика: В.А. Острейковский — Санкт-Петербург, Книга по Требованию, 2008 г.- 600 с.
7. Как зарабатывать деньги с помощью компьютера: Д. А. Садченков — Санкт-Петербург, Горячая Линия - Телеком, 2001 г.- 156 с.
8. Компьютеры, программы, сети: А. С. Сурядный, М. В. Цуранов — Санкт-Петербург, Астрель, Харвест, 2012 г.- 432 с.
9. Краткий самоучитель работы на ПК: Александр Клюквин — Санкт-Петербург, БХВ-Петербург, 2003 г.- 432 с.
10. Ноутбук. Эффективная работа: С. В. Глушаков, А. С. Сурядный — Москва, АСТ, АСТ Москва, Харвест, 2008 г.- 352 с.
11. Оптимальный ПК. Устройство, сборка, настройка: В. В. Мельниченко, Д. В. Капитун, А. В. Легейда — Санкт-Петербург, Век +, Корона-Век, 2006 г.- 544 с.
12. Принтер: Джесси Рассел — Москва, Книга по Требованию, 2012 г.- 68 с.