Устройство персонального компьютера (Общие сведения о персональном компьютере)

Содержание:

Введение

Современное общество невозможно представить без информационных технологий. Информационные технологии создаются не только для удобства человечества, но и для улучшения жизни людей. В XXI веке человечество развивает информационные технологии значительно быстрее, чем в предыдущем XX веке, который ознаменован созданием вычислительной машины, компьютеров, электронно-лучевой трубки и многого другого.

Причинами для интенсивного развития информационных технологий являются:

• развитие государств с экономической, политической, социальной и других сфер общественной жизни;
• увеличение интеллектуальных способностей человечества;
• нехватка различных способов получения информации, а также ресурсов развлечения и отдыха;
• улучшение жизни человечества в целом с помощью внедрения информационных технологий в разные социальные группы и классы.

Компьютеры и их производные устройства являются важнейшими средствами в современном мире, с помощью которых можно хранить и переносить информационные ресурсы. Такие средства представляют собой достаточно компактные устройства, для получения, хранения, обработки и защиты информации, которые позволяют развивать жизнь общества в целом.

Целью данной работы является изучение теоретических основ об устройстве персонального компьютера.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. рассмотреть структуру и виды компьютеров;
2. изучить состав системного блока;
3. выполнить обзор входных и выходных устройств компьютера, а также дополнительных устройств, расширяющих возможности персонального компьютера.

Глава 1. Общие сведения о персональном компьютере

1.1. Понятие персонального компьютера

Персональным компьютером (ПК) (Personal Computer, РС) называют электронную вычислительную машину (ЭВМ), рассчитанную на одного пользователя и управляемую одним человеком (рис. 1).

Рисунок 1. Основные составные части типичного ПК

□ – монитор

□ – материнская плата

□ – центральный процессор

□ – оперативная память

□ – карты расширений

□ –блок питания

□ – оптический привод

□ – жёсткий диск

□ – компьютерная мышь

□ – клавиатура

Несмотря на относительно невысокую стоимость и компактные размеры, современные ПК обладают достаточно высокой производительностью. Современный ПК вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.

Особенно широкую популярность ПК получили после 1995 года в связи с бурным развитием сети Internet. ПК более чем достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации, автоматизации учебного процесса, организации дистанционного обучения и досуга.

До недавнего времени среди ПК выделяли две условные категории: бытовые и профессиональные. Бытовые ПК характеризовались меньшей производительностью, но в них были предусмотрены специальные меры для работы со звуком и цветной графикой, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с наметившимся резким удешевлением ПК, границы между профессиональными ПК и бытовыми ПК в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых ПК зачастую используют высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные ПК, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых ПК.

В 1999 году в области ПК был принят международный сертификационный стандарт – спецификация РС99 (см. табл. 1), регламентирующий принципы классификации ПК, и описывающий минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. [1, 12, 14]

Таблица 1

Категории ПК по международному стандарту PC 99

Категория ПК	Отличительные черты
Массовый ПК (Consumer PC)	большинство персональных компьютеров, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают именно в эту категорию
Деловой ПК (Office РС)	минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются
Портативный ПК (Mibile РС)	обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компьютерной связи
Рабочая станция (Workstation РС)	повышены требования к устройствам хранения данных
Развлекательный ПК (Entertainment РС)	повышены требования к средствам воспроизведения графики и звука

1.2. Признаки ПК

В качестве основных отличительных признаков ПК можно отметить следующие:

1. Способ управления простой, наглядный, удобный, не требующий глубоких знаний в области вычислительной техники. Все технические средства (дисплей, клавиатура, манипулятор, печатающее устройство и т.д.), обеспечивающие взаимодействие человека и ЭВМ, сделаны так, чтобы на них безбоязненно мог работать даже ребенок. Общение человека и компьютера организованно в диалоговом режиме.
2. Разработано большое количество программных средств для различных областей применения. Это избавит пользователя от необходимости самому составлять программу на языке компьютера.
3. Малое энергопотребление.
4. Малогабаритные устройства внешней памяти большой емкости допускают замену одного накопителя другим. К таким устройствам можно отнести: накопители на гибких магнитных дисках и винчестерских дисках, кассетные магнитофон.
5. Относительно невысокая стоимость.
6. Благодаря малым габариту и массе, сравнимым с телевизором, для установки не требуется специальных приспособлений, достаточно место на рабочем столе.
7. Конструкция персонального компьютера, его внешнее оформление привлекательны по цвету и форме, удовлетворяют эргономическим показателям. Впервые за время развития вычислительной техники этот признак включен в качестве основного при определении целого класса ЭВМ.

Иногда к признакам ПК относят:

• процессор;
• накопитель;
• оперативная память;
• монитор;
• операционная система;
• прикладное программное обеспечение, в том числе компьютерные игры;
• ориентированность на индивидуальное использование. [3, 5, 7, 11]

Глава 2. Устройство персонального компьютера

2.1. Центральные устройства персонального компьютера

Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж микросхем и других компонентов компьютерной системы.

На материнской плате располагаются микросхемы чипсета, разъемы для подключения центрального процессора, оперативной памяти, дисковых устройств, графической платы, звуковой платы и дополнительных внешних устройств.

Чипсет

Чипсет (chipset) – набор микросхем материнской платы для обеспечения работы процессора с памятью и внешними устройствами.

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 современных материнских плат мосты соединены новой шиной повышенной производительности, а контроллер шины PCI находится в южном мосте вместе с контроллерами всех прочих устройств.

Центральный процессор

Процессор – специальная микросхема, которая выполняет операции по обработке информации в компьютере.

На небольшой кремниевой пластине размещены сотни миллионов транзисторов-переключателей и каналов передачи данных (см. рис. 2).

Рис. 2. Центральный процессор

От процессора в значительной степени зависит скорость работы ПК (лимитирующим фактором также может быть объем оперативной памяти).

Процессор имеет сложную архитектуру, свою высокоскоростную буферную память (кэш), использует специальные технологии обработки информации.

Принцип работы центрального процессора можно представить следующим образом. Информация для обработки под управлением блока предварительной выборки поступает из системной памяти через блок шины в кэш данных процессора, команды обработки информации – в командную кэш-память. Блок декодировки раскодирует команды, преобразуя их в двоичный код, который пересылается в управляющий блок и в кэш данных, давая им указание о том, как с полученной командой поступать дальше. Арифметическое логическое устройство выполняет готовые к исполнению команды и заносит результаты в блок регистров. Далее содержимое регистров передается в системную память или на внешние устройства.

Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент  внутреннего умножения  тактовой  частоты и 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. 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). Подавляющее большинство современных процессоров являются 64-разрядными, но они полностью поддерживают архитектуру x86.

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.

Оперативная память

Оперативная память – один из основных компонентов компьютера, предназначенный для хранения информации (программ и обрабатываемых программами данных) во время исполнения программ на компьютере.

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).

Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), или RAM (Random Access Memory) — памятью со свободным доступом. ОЗУ позволяет записывать и считывать информацию из ячейки, обращаясь к ней по ее номеру или адресу.

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

Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно не может превосходить нескольких гигабайт. Минимальный объем памяти определяется требованиями операционной системы и для современных компьютеров составляет 1 Гбайт.

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

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и скорость передачи данных. Сегодня наиболее распространены модули объемом от 2 Гбайт. Скорость передачи данных определяет максимальную пропускную способность памяти (в мегабайтах в секунду или гигабайтах в секунду) 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.

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.

Энергонезависимая память 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

Звуковая плата

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.

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. [2–6, 9–13]

2.2. Внешние устройства персонального компьютера

2.2.1. Устройства внешней памяти

Устройства хранения информации (внешняя память) – компоненты компьютера, позволяющие практически неограниченное время сохранять большие объемы информации без потребления электроэнергии (энергонезависимые).

Накопители но магнитных дисках

Магнитные диски в качестве запоминающей среды используют магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два состояния. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси. Головка считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Количество дорожек на диске определяется шагом перемещения головки я зависит от технических характеристик привода диска и качества самого диска. За один оборот диска может быть считана информация с одной дорожки. Общее время доступа к информации на диске складывается из времени перемещения головки на нужную дорожку и времени одного оборота диска.

Каждая дорожка дополнительно разбивается на ряд участков — секторов. Сектор содержит минимальный блок информации, который может быть записан или считан с диска. Чтение и запись на диск осуществляется блоками, поэтому дисководы называют блочными устройствами.

Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задается при форматировании диска, которое выполняется специальными программами и должно быть проведено перед первым использованием диска для записи информации.

Кроме физической структуры диска, говорят еще о логической структуре диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера, на котором используется данный диск. Логическая структура подразумевает выделение некоторого количества секторов для выполнения служебных функций размещения файлов и каталогов на диске.

Основа жесткого диска изготавливается из сплавов алюминия или керамики, на который наносится магнитный слой. Жесткость диска позволяет увеличить плотность записи, по сравнению с гибким диском. Несколько жестких дисков надеваются на одну общую ось и представляют собой пакет дисков. Такие пакеты позволяют резко увеличить объем информации, хранящейся на одном дисководе жесткого диска. В настоящее время используются дисководы с объемом до нескольких ТераБайт, и эти значения постоянно увеличиваются.

Ленточные (магнитные) накопители

Ленточные накопители, в которых принцип записи основан на изменении намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. При помощи магнитной головки, создающей магнитное поле, осуществляется запись данных. При считывании данных намагниченные участки носителя создают в магнитной головке слабые токи, превращающиеся в бинарный код, который соответствует записанному.

К ленточным накопителям относятся стримеры. Стример представляет собой устройство для резервного копирования данных с жестких дисков на магнитные ленты. Стримеры популярны, поскольку обладают достаточно высокой надежностью и большим объемом. Надежность обеспечивается за счет того, что на ленточный накопитель не просто сохраняется резервная копия данных, а дополнительно создается образ накопителя данных, что и позволяет пользователю восстанавливать определенное состояние или использовать этот образ как эталонный банк данных.

Накопители на оптических дисках (магнитооптические накопители)

Магнитооптические накопители, к которым относятся приводы CD, DVD, Blue-Ray, HD, тоже можно использовать в качестве устройств резервного копирования. Такие носители в отличие от стримеров, обладают значительно меньшей емкостью данных (CD до 700 MB, DVD до 4.7 (9.4) GB, Blue-Ray до 25 (50) GB).

На магнитооптических накопителях с возможностью однократной записи информация представлена в виде чередований дорожек (углублений и пиков). Подобный рельеф наносится механическим путем. Информация на накопитель записывается вдоль тонких дорожек. Считывается информация при сканировании дорожек лазерным лучом, способным по-разному отражаться от углублений и пиков.

На магнитооптических накопителях с возможностью многократной перезаписи информации, используется магнитооптический принцип, основанный на следующем физическом свойстве: коэффициент отражения лазерного луча от по-разному намагниченных участков носителя с особым образом нанесенным магнитным покрытием различен.

Объем информации, записанной на компакт-диске, составляет 600—700 Мбайт. К достоинствам компакт-диска можно отнести и его относительную дешевизну в массовом производстве, высокую надежность и долговечность, нечувствительность к загрязнению и воздействию магнитных полей.

Запись на компакт-диск при промышленном производстве производится в несколько этапов. Сначала с использованием мощного инфракрасного лазера в стеклянном контрольном диске выжигаются отверстия диаметром 0,8 микрон. По контрольному диску изготавливается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и получают диск с таким же набором впадин, что и отверстий в контрольном диске. Со стороны впадин на диск напыляется тонкий слой алюминия, который затем покрывается лаком, защищающим его от царапин.

При воспроизведении лазерный диод небольшой мощности освещает диск со стороны, противоположной нанесенному слою алюминия, который является отражателем светового луча лазера, а впадины превращаются в выступы. Впадины на диске имеют глубину, равную четверти длины волны лазера, из-за чего фотодиод, принимающий отраженный свет лазера, получает света от выступа меньше, чем от площадки. Впадины и площадки записываются на диск по спирали. Запись начинается от центра диска и занимает приблизительно 32 мм диска. Спираль проходит 22 188 оборотов вокруг диска, ее общая длина составляет 5600 М.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи — CD-ReWritable (CD-RW). На этих дисках слой красителя может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Эти два состояния имеют разную отражательную способность. Лазер устройства имеет три уровня мощности. При записи мощность лазерного диода повышается и расплавляет слой красителя, переводя его в аморфное состояние с низкой отражательной способностью, что соответствует выступу (запись информации). При средней мощности краситель плавится и переходит в кристаллическое состояние с высокой отражательной способностью (стирание информации). Низкая мощность лазера используется для считывания информации.

Дальнейшее развитие технологий производства компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи — цифровой универсальный диск Digital Versatile Disk (DVD). Впадины на них имеют меньший диаметр (0,4 микрона), а спираль размещается с плотностью 0,74 микрона между дорожками (вместо 1,6 микрон у CD). Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт.

Дальнейшее увеличение объема информации обеспечивается применением двусторонних DVD, а также Blue-ray.

Флэш-память

К недостаткам дисковой памяти можно отнести наличие механических движущихся компонентов, имеющих малую надежность, и большую потребляемую мощность при записи и считывании. Появление большого числа цифровых устройств, таких как МРЗ-плееры, цифровые фото- и видеокамеры, карманные компьютеры, потребовало разработки миниатюрных устройств внешней памяти, которые обладали бы малой энергоемкостью, небольшими размерами, значительной емкостью и обеспечивали бы совместимость с персональными компьютерами. Первые промышленные образцы такой памяти появились в 1994 г.

Новый тип памяти получил название флэш-память (Flash-memory). Флэш-память представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с неограниченным числом циклов перезаписи. В ППЗУ флэш-памяти использован новый принцип записи и считывания, отличный от того, который используется в известных схемах ППЗУ. Кристалл схемы флэш-памяти состоит из трех слоев. Средний слой, имеющий толщину порядка 1,5 нм, изготовлен из ферроэлектрического материала. Две крайние пластины представляют собой матрицу проводников для подачи напряжения на средний слой. При подаче напряжения, на пересечении проводников, возникает напряжение, достаточное для изменения направления магнитного момента атомов его кристаллической решетки, расположенной под местом пересечения проводников. Направление магнитного поля сохраняется и после снятия внешнего электрического поля. Изменение направления магнитного поля ферроэлектрика изменяет сопротивления этого участка слоя. При считывании, на один крайний слой подается напряжение, а на втором слое замеряется напряжение, прошедшее через ферроэлектрик, которое будет иметь разное значение для участков с разным направлением магнитного момента. Такой тип флэш-памяти получил название FRAM (ферроэлектрическая память с произвольным доступом).

Конструктивно флэш-память выполняется в виде отдельного блока, содержащего микросхему флэш-памяти и контроллер, для подключения к одному из стандартных входов компьютера. Размеры этого блока 40 х 16x7 мм. Флэш-память, используемая в других цифровых устройствах, имеет иные размеры и конструктивное оформление. В настоящее время объем флэш-памяти достигает нескольких Гбайт, скорость записи и считывания составляют десятки Мбайт/с.

В настоящее время производители выпускают флэш-память нескольких типов:

• флеш-карты Compact Flash, SmartMedia, MultiMedia Card, SecureDigital, Memory Stick PRO, Memory Stick и т д., для работы с которыми требуется устройство чтения флэш-карт;

USB-флеш-память («флешки»), которая не требует использования дополнительных устройств для записи / чтения информации, т.к. имеет разъем для подключения к USB-порту компьютера. [5–11, 13]

Дополнительные устройства персонального компьютера

Основное назначение дополнительных устройств заключается в обеспечении ввода в ПК программ и данных из окружающей среды с целью их дальнейшей обработки, а также вывод результатов работы в форме, пригодной для восприятия пользователем или для дальнейшей передачи на другой ПК. Именно дополнительные устройства в значительной степени определяют возможности применения ПК на практике.

По функциональному назначению дополнительные устройства делятся на несколько групп (см. рис. 3).

Рис. 3. Виды устройств ввода-вывода информации

1. Устройства ввода, предназначенные для ввода информации в ПК, с целью оказания на него воздействия. Такими устройствами помимо клавиатуры являются: микрофон, сканер, графический планшет и т.д.

2. Устройства вывода, предназначенные для вывода информации в форме, необходимой пользователю. Такими устройствами помимо монитора являются: принтер, аудиосистема.

3. Устройства ввода-вывода, предназначенные для ввода информации в ПК; вывода информации в форме, необходимой пользователю или обмена данными с другими ПК. Такими устройствами являются внешние накопители и модемы.

4. Дополнительные периферийные устройства, обеспечивающие более удобную и комфортную работу пользователя с ПК. Такими устройствами являются: манипулятор «мышь», WEB-камеры и т.д.

Каждые из указанных четырех групп дополнительных устройств выполняют определенные функции, которые ограничены их возможностями и назначением. [ 9–10]

2.2.2. Устройства ввода

Основное назначение периферийных устройств ввода информации – это ввод информации в ПК с целью оказания на него воздействия.

Основным устройством ввода данных в ПК является клавиатура, имеющая, как правило, имеет от 101 до 105 клавиш, на которых расположены буквы латинского и национального алфавита, цифры и другие специальные символы, в том числе системные команды. Существуют специальные мультимедийные клавиатуры, оснащенные гораздо большим количеством кнопок. Среди дополнительных клавиш мультимедийных клавиатур выделяют: клавиши управления мультимедиа-приложениями (например, вызов и управление программами прослушивания музыки, просмотра видео, работы в Интернете, с электронной почтой и прочее), клавиши управления громкостью звука, клавиши быстрого вызова офисных приложений (Word, Excel), калькулятора, браузеров, почтовых клиентов и т.д.

Манипулятор «мышь» представляет собой средство для работы с объектами операционной системы. Манипулятор «мышь» обеспечивает пользователю удобное и простое управление основными функциями операционной системы и другими программами, установленными на персональном компьютере. Основной технической характеристикой мыши является чувствительность мыши – это разрешение оптического сенсора, измеряемое в точках на дюйм (dpi или cpi – count per inch.), как правило, изменяется в диапазоне от 600 до 3200 dpi. Высокое разрешение оптического сенсора важно тем, пользователям, которые работают с компьютерной графикой высокого разрешения, компьютерным дизайнерам, конструкторам и другим специалистам, которые занимаются рисованием или черчением с использованием ПК. В остальных случаях пользователям ПК будет достаточно мыши с относительно невысокой точностью.

Сканер представляет собой устройство, которое применяется для автоматизированного считывания графической информации с бумажного или иного носителя в персональный компьютер. Принцип работы сканера: источник света, установленный в сканере, облучает сканируемый объект, а оптическая система сканера воспринимает отраженный от объекта световой поток, преобразуемый в цифровую форму с помощью программы сканирования.

Основные характеристики сканеров:

1) Цветность. Различают чёрно-белые сканеры, которые считывают штриховые и полутоновые (до 256 градаций серого цвета) изображения, а также цветные сканеры, в которых оригинал освещается вращающимся светофильтром, последовательно воспринимающим 3 основных цвета.

2) Разрешающая способность – количество различаемых точек на дюйм изображения, измеряется в dpi и, как правило, изменяется в диапазоне от 75 до 1600 dpi. Повышение разрешения при сканировании оригинала существенно увеличивает размер получаемого файла.

3) Скорость сканирования документа – это количество секунд, которое затрачивается на сканирование одной страницы оригинала.

Существует большое множество разнообразных видов и моделей сканеров. Выделяют два больших типа сканеров:

1. Ручные (handheld) сканеры. Для того чтобы отсканировать текст или изображение необходимо без резких движений провести его сканирующей головкой по изображению. За один проход сканируется только часть изображения, т.к. ширина сканирования не превышает 10,5 см, следовательно, все изображение сканируется за несколько проходов. Совместить в единое целое полученные части отсканированного изображения позволяют специальные программы, которые поставляются вместе со сканерами.
2. Самым обширным видом сканеров являются настольные сканеры, которые бывают разных видов:

• В планшетных сканерах есть сканирующая каретка (ширина ее, как правило, 210-220 мм), представляющая собой блок, который объединяет в себе источник света и оптическую систему, перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Оптическая система состоит из одного или нескольких зеркал, линзы и светочувствительной матрицы. За один такт работы матрица сканера считывает отдельную горизонтальную линию, строку оригинала.
• В рулонных сканерах необходимо отдельные листы документов протягивать с помощью вращающегося валика мимо закрепленной неподвижно сканирующей головки.
• В проекционных сканерах сканируемый документ кладут на поверхность сканирования изображением вверх, сверху же находится блок сканирования. В процессе сканирования перемещается только сканирующее устройство.
• В профессиональной типографической деятельности используются барабанные сканеры, в которых объект сканирования, помещенный на барабан, освещают источником света, а фотосенсоры переводят отраженное излучение в цифровое значение.

Графический планшет (дигитайзер) и интерактивный перьевой дисплей представляют собой устройства, используемые в компьютерной графике и анимации. Дигитайзер представляют собой устройство, используемое для оцифровки конструкторской документации (чертежей). Графический планшет значительно упрощает ввод в персональный компьютер чертежей, схем и рисунков.

Рабочая область дигитайзера выглядит, как чертежная доска и может иметь размер рабочей области до формата А1. Дигитайзер используется для ввода графических изображений в системах автоматизированного проектирования в виде точек по координатам. Графический планшет и дигитайзер, как правило, содержит рабочую плоскость, рядом с которой находятся кнопки управления, с помощью специального пера (координатного устройства) вводится информация.

Графический планшет и дигитайзер применяются для решения следующих задач: рисование, редактирование изображений, создание коллажей, монтаж аудио и монтаж видео, 3D-моделирование и компьютерная анимация, работа в мультимедийных приложениях, распознавание рукописного текста и др. [3–8, 12–14]

2.2.3. Устройства вывода

Периферийные устройства вывода информации предназначены для представления различных видов компьютерной информации в привычном для пользователя виде (текст, изображения, звук и т.д.).

Монитор представляет собой устройство отображения графической информации, которая формируется видеоадаптером. Видеоадаптер – это устройство сопряжения монитора с компьютером. В настоящее время в основном используются жидкокристаллические мониторы. Устройство матрицы жидкокристаллического монитора представлено на рис. 4

Рис. 4. Устройство матрицы жидкокристаллического монитора

Современные мониторы характеризуются следующими основными параметрами:

• размер экрана по диагонали в дюймах (от 17 до 46);
• разрешающая способность отображать на экране определенное количество горизонтальных и вертикальных точек (например, 1024х768);
• частота кадровой развертки характеризует, сколько в секунду изображение обновляется, измеряется герцах (Гц) (например, 60 Гц);
• угол обзора, измеряемый в градусах;
• яркость, контрастность;
• время отклика пикселя, измеряемое в мс.

Принтер представляет собой устройство вывода текстовой и графической информации на бумагу. В настоящее время в основном используются 3 вида принтеров:

1. Матричные принтеры представляют собой самые дешевые аппараты, которые обеспечивают удовлетворительное качество печати для рутинных операций (в основном для подготовки текстовых документов). Такие принтеры используются в банках, в промышленных условиях там, где нужна рулонная печать, печать на носителях из плотного материала.
2. Лазерные принтеры обладают высоким качеством печати, которое приближено к фотографическому. Основаны на фотоэлектронном способе печати: лазер формирует изображение на заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя (фотобарабана) в виде электростатического рельефа, который притягивает частицы красителя, переносимые далее на бумагу. Такие принтеры применяют для изготовления оригинал-макетов книг и брошюр, деловых писем, графиков, рисунков и других материалов, для которых требуется высокое качество печати.
3. Струйные принтеры целесообразно использовать для вывода цветных графических изображений, поскольку применение чернил разного цвета дает сравнительно недорогое изображение приемлемого качества. Применяются для создания рекламных проспектов, календарей, поздравительных открыток. Принцип работы струйного принтера: печатающая головка, содержащая набор тонких сопел, через которые выбрасываются чернила, перемещается поперек листа бумаги. В струйных принтерах в основном применяют следующие методы нанесения чернил: термическая струйная (пузырьковая) технология (оттиск на бумаге получаются при попадании на нее капелек чернил, вылетающих из очень тонких сопел) и пьезоэлектрический метод (чернила выбрызгиваются под обратным пьезоэффектом – деформации пьезокристалла под воздействием электрического поля).

Плоттер (графопостроитель) представляет собой устройство, используемое для вывода графической информации (чертежей, схем, графиков, диаграмм, плакатов, карт) на бумажные и другие листовые носители форматов A1, А0 и бо́льших форматов за счет рулонной подачи бумаги. Принцип работы плоттеров очень схож с принципом работы принтеров, но, например, LED-плоттеры используют линейку точечных светоизлучающих полупроводниковых светодиодов вместо лазера и системы призм. Плоттеры широко применяются совместно с системами автоматического проектирования, в которых результаты работы представляются в виде конструкторской или технологической документации, а также применяются при создании архитектурных проектов.

Мультимедиапроектор представляет собой устройство, предназначенное для воспроизведения информации, получаемой из различных источников (компьютер, видео и фотокамера и т.д.), на большом экране. Размер изображения, выводимого с помощью мультимедиапроектора составляет от 10 и практически не ограничен.

На сегодняшний день наиболее распространенными технологиями мультимедиапроекторов являются:

• LCD-проекторы основаны на свойстве жидкокристаллического вещества изменять ориентацию молекул в пространстве под воздействием электрического поля и оказывать эффект поляризации на световые лучи.
• DLP-проекторы основаны на использовании DMD-матрицы – цифровом микрозеркальном устройстве. DMD-матрица включает в себя тысячи микроскопических квадратных зеркал, которые способны принимать одно из двух стационарных положений, в зависимости от наличия или отсутствия сигнала, тем самым либо отклоняя свет в оптическую систему, либо направляя его.

Аудиосистема. Для воспроизведения звука на компьютере необходимо оснастить его звуковым адаптером и колонками, которые встроены в него или подключаются из вне или наушниками. Как правило, современные материнские платы и чипсеты обладают интегрированными аудиоподсистемами с достаточно хорошим качеством воспроизведения многоканального звука (7.1). Наряду с тем на рынке существуют и отдельные платы, называемые аудиоадаптерами, которые обеспечивают очень высокое качество воспроизведения звука. [1–6, 10–13]

2.2.4. Устройства ввода-вывода

Модемы – устройства, предназначенные для обмена информацией между пользователями и подключения к сети Интернет. Передающий модем преобразует (модулирует) цифровые сигналы, которые поступают от компьютера, в аналоговые или цифровые сигналы, передаваемые по телефонной сети общего пользования, а принимающий модем преобразует (демодулирует) эти сигналы, снова преобразуя их в первоначальную цифровую форму. Отсюда и происходит название устройства «модем».

Процессы передачи информации, исправления ошибок и сжатия данных выполняются модемами в соответствии со специальными сетевыми протоколами модуляции. Скорость передачи данных и режим (дуплексный или полудуплексный) являются основными характеристиками протоколов передачи данных. В полнодуплексном режиме модем может одновременно передавать и принимать данные. [6, 8]

2.2.5 Дополнительные периферийные устройства

Манипулятор (джойстик) – представляет собой подвижную рукоять (или руль) с несколькими кнопками. Это устройство ввода наиболее распространено в области компьютерных игр. В игровых приставках используются цифровые джойстики, а в компьютерах – аналоговые. Аналоговый джойстик имеет перед цифровым множество преимуществ. Самыми главными являются более широкая точность управления и отсутствие необходимости в применении специальной карты и переходника для подключения к компьютеру.

Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие, сохранение и передачу цифрового видео по компьютерной сети. В состав web-камеры входят следующие компоненты: ПЗС-матрица, объектив, оптический фильтр, плата видеозахвата, блок компрессии (сжатия) видеоизображения, центральный процессор и встроенный web-сервер, ОЗУ, флэш-память, сетевой интерфейс, последовательные порты, тревожные входы/выходы. [1, 3, 6, 12]

Заключение

Современный компьютер – это система, построенная на базе электронных микросхем, и предназначенная для хранения, обработки и передачи любых видов информации.

Простые пользователи обычно имеют дело с персональными компьютерами. Знание современных технических средств, их признаков и основных характеристик устройств, необходимо каждому пользователю персонального компьютера. Обновление всех основных и дополнительных устройств персонального компьютера идет стремительными темпами.

Умение подобрать необходимую конфигурацию персонального компьютера или обновление его устройств позволит избежать покупки морально устаревшего оборудования, цена которого может ненамного отличаться от новой, более совершенной техники.

В рамках данной работы были решены следующие задачи:

1. рассмотрена классификация компьютеров по назначению, в которой выделяют большие ЭВМ, мини- и микро-ЭВМ, а также персональные компьютеры. определено понятие персонального компьютера: ПК занимают особое положение, так как представляют собой ЭВМ, рассчитанную на одного пользователя и управляемую одним человеком. Выделены основные признаки ПК: диалоговый режим работы, наличие разнообразных программ, небольшое энергопотребление, относительно невысокая стоимость, компактные размеры;
2. выполнена краткая характеристика составляющих системного блока, а также центральных устройств персонального компьютера – материнской платы;
3. выполнен краткий обзор дополнительных устройств, расширяющих возможности ПК: устройства ввода-вывода (внешние накопители, флэш-карты модемы); устройства вывода (мониторы, принтеры / плоттеры, проекционная техника, аудиосистема); устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер, графический планшет); дополнительные периферийные устройства (манипуляторы, web-камеры).

Список использованных источников

1. Безручко В.Т. Информатика (курс лекций): учебное пособие / В.Т. Безручко. – М.: Форум. – [Б. м.]: ИНФРА-М, 2015. – 432 с.
2. Гаврилов М.В. Информатика и информационные технологии: Учебник для бакалавров / М.В. Гаврилов, В.А. Климов. – М.: Юрайт, 2015. – 378 с.
3. Гвоздева В.А. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учеб. для студентов техн. специальностей. – М.: Форум, 2014. – 541 с.
4. Грошев А.С. Информатика: учебник для вузов / А.С. Грошев. – М. Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 484 с.
5. Информатика: учебное пособие / ред.: Б.Е. Одинцов, А.Н. Романов. – М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2014. – 410 с.
6. Информатика: учеб. для бакалавров / СПбГУЭФ; ред. В. В. Трофимов. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва: Юрайт, 2018 с.
7. Иопа Н.И. Информатика (для технических направлений): учебное пособие / Н.И. Иопа. – М.: КНОРУС, 2013. – 472 с.
8. Компьютеры 21 века. [Электронный ресурс]. URL: https://sites.google.com/site/istoriarazvitiapk/predposylka-k-poavleniu-personalnyh-komputerov/komputery-21-veka (дата обращения: 18.11.2019).
9. Макарова Н.В. Информатика / Н.В. Макарова. – СПб.: Питер, 2015. – 576 с.
10. Новожилов О.П. Информатика. – М.: Юрайт, 2015. – 564 с.
11. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. – СПб., Питер, 2013.
12. Советов Б.Я. Информационные технологии: учебник / Б. Я. Советов, В.В. Цехановский. – 6-е изд. – М.: Юрайт, 2015.
13. Степанов А.Н. Информатика. Базовый курс: учебное пособие для гуманитарных вузов / А.Н. Степанов. – СПб.: Питер, 2013. – 720 с.
14. Яшин В.Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера: учебное пособие для вузов / В.Н. Яшин. – М.: ИНФРА-М, 2015. – 254 с.