Інформатика як наука 3 страница

Рисунок 1.1 - Архітектура типової мікросистеми ^[7]

Однокристальні мікропроцесори є тим, що традиційно називається центральним процесором (ЦП), і для організації функціонально закінченої системи вимагають пам'яті і засобів введення - виведення. Вони застосовуються в більшості персональних комп'ютерів і є ядром ПК.

Основи вчення про архітектуру обчислювальних машин були закладені Джон фон Нейманом. Сукупність цих принципів породила класичну (фон-неймановську) архітектуру ОМ. Фон Нейман не тільки висунув основоположні принципи логічного устрію ОМ, але і запропонував її структуру.

Пояснимо призначення кожного блоку на рис. 1.1.

Основні блоки.

Центральний процесор (ЦП, CPU) – вибирає з основної (оперативної) пам'яті і дешифрує команди, представлені в двійковому коді; управляє всіма діями в системі – приймає і передає інформацію від інших пристроїв; виконує всі арифметичні і логічні операції. Основні характеристики: тактова частота (кількість циклів роботи пристрою за одиницю часу), визначає швидкодію (Мгц, MHz); швидкості роботи, мільйон команд (інструкцій) в секунду (million instructions реr second - MIPS); ступінь інтеграції, кількість елементів на одиницю площі кристала; розрядність оброблюваних даних (4 – перші ЦП, 32 або 64 - сучасні); обсяг оперативної пам'яті, до якої може адресуватися ЦП (наприклад, 256 Мб, 512 Мб, 1 Гб і т. д.), наявність і розмір кеш- пам'яті.

Генератор синхронізації (ГС) – необхідний для синхронізації дій в ЦП і логіці управління шиною.

Ядро ПК утворюють центральний мікропроцесор і основна пам'ять, що складається з оперативної пам'яті і постійного пристрою, що запам'ятовує (ППЗ), або постійного пристрою, що запам'ятовує, та може бути перепрограмованим (ППЗП).

Пристрої, що запам'ятовують, – це різні пристрої, які забезпечують зберігання початкових і проміжних даних, результатів обчислень, а також програм. Вони включають: оперативні (ОЗП), надоперативні (НОЗП)), постійні (ППЗ) і зовнішні пристрої, що запам'ятовують (ЗПЗ).

Оперативні ЗП зберігають інформацію, з якою комп'ютер працює безпосередньо зараз (резидентна частина операційної системи, прикладна програма, оброблювані дані). В НОЗП зберігаються дані, що найбільш часто використовуються процесором. Тільки та інформація, яка зберігається в НОЗП і ОЗП, безпосередньо доступна процесору.

Оперативна пам'ять (пристрій, що оперативне запам'ятовує, - ОЗП, Random Access Memory - RAM) призначена для зберігання даних і команд, які виконує ЦП. Складається з набору модулів, кожний з яких містить декілька тисяч чарунок. Кожна чарунка береже дані або команди і має адресу. Інтегральні мікросхеми пам'яті розташовані на материнській платі (карті), обсяг пам'яті можна нарощувати за рахунок додавання додаткових модулів у відповідні роз'єми на платі.

З неї процесор прочитує програми і початкові дані для обробки в свої внутрішні регістри, в неї записує отримані результати. Назву “оперативна ця пам'ять” отримала тому що вона працює дуже швидко, в результаті процесору не доводиться чекати при читанні або записі даних в пам'ять. Проте швидкодія ОЗП нижче за швидкодію регістрів процесора, тому перед виконанням команд процесор переписує дані з ОЗП в регістри.

Комп'ютеру необхідно забезпечити швидкий доступ до оперативної пам'яті, інакше мікропроцесор простоюватиме, і швидкодія комп'ютера зменшиться. Тому сучасні комп'ютери оснащуються кеш-пам'яттю або надоперативною пам'яттю. За наявності кеш-пам'яті дані з ОЗП спочатку переписуються в неї, а потім в регістри процесора. При повторному зверненні до пам'яті спочатку проводиться пошук потрібних даних в кеш-пам'яті і необхідні дані з кеш-пам'яті переносяться в регістри, тому підвищується швидкодія. Cash (кеш, НОЗП) – високошвидкісна пам'ять для прискорення доступу до основної (L1) і дискової (L2) пам'яті шляхом буферизації ділянок, що часто використовуються.

ППЗ (постійні пристрої, що запам'ятовують) і постійні пристроі, що запам'ятовують, та можуть бути перепрограмованими (ППЗП) призначені для постійного зберігання інформації, яка записується туди при їхньому виготовленні, наприклад, випускалися раніше ППЗ і зараз випускаються ППЗП для BIOS.

Базова система уведення-виведення – мікросхема, що знаходиться на материнській платі. Є постійною енергозалежною пам'яттю (пристрій, що постійне запам'ятовує, - ППЗ, Read Only Memory - ROM) комп'ютера. Містить тест і програму установки (SetUp) параметрів апаратури, завантажувальну програму (завантажувач) для операційної системи. Дані занесені в неї при її виготовленні. Перепрограмуємий (Flash) BIOS – за допомогою спеціальної програми від виробника BIOS дає можливість інженеру-системотехніку відновити версію BIOS.

CMOS – complementary metal-охide semiconductor - напівпостійна пам'ять. Невелика ділянка пам'яті для зберігання параметрів конфігурації комп'ютера. При виключенні ПК для її живлення використовується спеціальний акумулятор. Вміст може бути змінений користувачем перед завантаженням ОС за допомогою спеціальної оболонки Setup, надається BIOS.

Необхідним і важливим пристроєм ПК є материнська плата, яка визначає його конфігурацію. Всі пристрої ПК підключаються до цієї плата за допомогою роз'ємів, розташованих на цій платі. З'єднання всіх пристроїв в єдину систему забезпечується за допомогою системної магістралі (шини), лінії передачі даних, адрес і управління, що є.

Системну шину (або магістраль) утворює сукупність провідників, поєднуючих ЦП з пам'яттю і пристроями уведення-виведення. По цих провідниках, оформлених у вигляді кабелю або з'єднань на друкарській плата, передається будь-яка інформація. Звичайно провідники шини об'єднуються в три групи: лінії даних для передачі інформації; лінії адреси, що показують, звідки або куди передається інформація; лінії управління, регулюючі дії на шині.

Сигнали на шині повинні бути скоординовані з сигналами, підключеними до шини різноманітними компонентами, що генеруються. Схеми для підключення шини до устрій називаються інтерфейсом, а логіка управління шиною (ЛУШ) утворює інтерфейс ЦП. Проектування інтерфейсів і ЛУШ спрощують різноманітні інтерфейсні мікросхеми. Залежно від складності мікропроцесорної системи ЛУШ частково або повністю розміщується на кристалі ЦП.

Підсистема уведення-виведення

Підсистема уведення-виведення – набір пристроїв, призначений для взаємодії з користувачем і зберігання великих обсягів інформації.

В ПК інформація із зовнішніх пристроїв (клавіатури, жорсткого диска і т.д.) пересилається в ОЗП, а інформація (результати виконання програм) з ОЗП також виводиться на зовнішні пристрої (монітор, жорсткий диск, принтер і т.д.). Таким чином, в комп'ютері повинен здійснюватися обмін інформацією (уведення-виведення) між оперативною пам'яттю і зовнішніми пристроями. Пристрої, які здійснюють обмін інформацією між оперативною пам'яттю і зовнішніми пристроями, називаються контролерами або адаптерами, іноді картами. Контролери, адаптери або карти мають свій процесор і свою пам'ять, тобто є спеціалізованим процесором.

Компоненти ПК, що здійснюють постійне зберігання програм і даних, називаються зовнішньою пам'яттю (наприклад, накопичувачі незнімні і знімні, стрімери, флеш-карти). Для виконання програми її необхідно передати із зовнішньої пам'яті в основну (запустити).

Зовнішні пристрої (ЗПЗ), що запам'ятовують, наприклад, накопичувачі на магнітних дисках, зокрема, жорсткий диск або вінчестер, з місткістю набагато більше, ніж ОЗУ, але з істотно більш повільним доступом, використовуються для тривалого зберігання великих обсяги інформації. Наприклад, операційна система (ОС) зберігається на жорсткому диску, але при запуску комп'ютера резидентна частина ОС завантажується в ОЗП і знаходиться там до завершення сеансу роботи ПК.

Периферійні пристрої

Периферійні пристрої - це пристрої, які підключаються до контролерів ПК і розширюють його функціональні спроможності.

За призначенням додаткові пристрої розділяються на:

пристрої введення (клавіатури, миші, трекболи, джойстики, світлові пера, сканери, цифрові камери, діджитайзеры, проектори і ін.);

пристрої виведення (принтери, плоттери або графічні пристрої і ін.);

пристрої обміну (модеми, мережні карти);

пристрої зберігання (стрімери, zip - накопичувачі, магнітооптичні накопичувачі і ін.).

Для зберігання програм і даних в ПК використовуються накопичувачі різних типів. Накопичувачі - це пристрої для запису і зчитування інформації з різних носіїв інформації. Розрізняють накопичувачі із змінним і вбудованим носієм.

По типу носія інформації накопичувачі розділяються на накопичувачі на магнітних стрічках і дискові накопичувачі. До накопичувачів на магнітних стрічках відносяться стрімери і ін. Більш широкий клас накопичувачів складають дискові накопичувачі.

За способом запису і читання інформації на носій дискові накопичувачі розділяються на магнітні, оптичні і магнітооптичні.

До дискових накопичувачів відносяться:

накопичувачі на флоппи-дисках;

накопичувачі на незмінних жорстких дисках (вінчестери);

накопичувачі на змінних жорстких дисках;

накопичувачі на магнітооптичних дисках;

накопичувачі на оптичних CD - дисках (CD-R, CD-RW, CD-ROM) і накопичувачі на оптичних DVD – дисках (DVD-R, DVD-RW, DVD-ROM).

Підключення периферійних пристроїв здійснюється через спеціальні інтерфейси (роз'єми), які називаються портами уведення-виведення. Наприклад: Com - послідовні порти, для підключення миші, модему і др.; Lpt - паралельні порти (принтер, модем, сканер і ін.); USB – універсальний послідовний порт (будь-які пристрої).

Для підключення різних контролерів материнські карти ПК забезпечені такими слотами як PCI. Слоти AGP призначені для підключення відеоадаптеру.

Для підключення накопичувачів (жорстких дисків і компакт-дисків) використовуються інтерфейси IDE і SCSI. SCSI інтерфейс також іноді використовується в спеціальних адаптерах для сканерів.

1.3.3. Периферійні пристрої

Пристрої введення.

Призначені для введення інформації в комп'ютер. До пристроїв введення відносяться клавіатури, миші, сканери, відеоввідні пристрої, мікрофони, а так само інші діалогові пристрої.

Клавіатура (Keyboard) - пристрій, що містить комплект розташованих в певному порядку клавіш, натиснення на які забезпечує введення в комп'ютер символів або команд. Клавіатура може бути також створена шляхом зображення на екрані (віртуальна клавіатура), це зручно і попереджає випадки крадіжки інформації при введенні, тобто є ще одним заходом безпеки.

Розташування клавіш на клавіатурі відповідає прийнятим стандартам, визначає ключі, що використовуються, і коди, що генеруються.

Клавіатура - основний пристрій введення. Проте вже достатньо давно і ефективно ведуться роботи зі створення надійної і недорогої системи розпізнавання людської мови.

Клавіатура з пластмасовими штирями. Для виготовлення таких клавіатур використовується пластмаса і гума. Натиснення клавіші на такій клавіатурі часто викликає відчуття виняткової м'якості. Якщо не дивитися на екран, то невідомо, було натиснено клавішу чи ні. Інший недолік цих клавіатур - вібрація, яка викликає ефект багатократного розмикання контакту клавіші, якщо вона натискує неправильно. Таким чином, легко може вийти так, що при натисненні клавіші відповідний символ відображається на екрані кілька разів. Для пристрою, на якому друкують «наосліп» або з високою швидкістю, це украй небажаний побічний ефект.

Клавіатура з клацанням. Описані вище явища відсутні в клавіатурі з клацанням. При натисненні клавіші на такій клавіатурі механічний опір клавіші тим більше, чим глибше вона натиснута. Для подолання цього опору потрібно затрачувати певну силу, після чого клавіша йде дуже легко. Таким чином забезпечується однозначний контакт.

Натиснення і відпускання клавіші супроводиться клацанням, звідси і назва. Клавіатури з клацанням переважніше клавіатур без клацання, тому що в цьому випадку можна бути упевненим в забезпеченні щодо "чистого натиснення" на клавішу.

Для підключення клавіатури використовується кабель завдовжки близько 1м., який раніше мав 5-ти контактний DIN-роз'єм або 6-ти контактний Mini-DIN (PS/2), а в сучасних моделях має USB порт для під’єднання до ПК

Є також такі моделі, як бездротова слім-клавіатура, мультимедійна клавіатура (з 9 клавішами навігації по Інтернет), ергономічна клавіатура і ін.

Тенденція останніх декількох років - позбавлення комп'ютерів від дротів. Сучасні технології дозволяють майже повністю відмовитися від традиційної великої кількості кабелів, які оточують будь-який персональний комп'ютер, завдяки широкому розповсюдженню Wi-Fi, а також бездротовим технологіям.

Миша (Mouse) – маніпулятор, або пристрій управління курсором на екрані дисплея.

Миша є невеликою коробочкою з декількома кнопками, що легко уміщається в долоні. Звичайно випускаються миші з двома кнопками, але спеціальні моделі мають більше кнопок (наприклад, Internet mouse). Також миші мають колесо прокрутки (Scroll). Разом з дротом для підключення до комп'ютера цей пристрій дійсно нагадує мишу з хвостом. Деякі прикладні програми розраховані тільки на роботу з мишею, але допускають заміну миші командами, що вводяться з клавіатури.

Для оптимального функціонування миша повинна пересуватися по плоскій поверхні - звичайно застосовуються спеціальні килимки (Mouse pad).

Пристрої виведення.

Призначені для виведення інформації від комп'ютера. До пристроїв виведення відносяться монітори, динаміки, принтери, графічні пристрої і т.д.

Монітор.

Монітор ПК є найважливішим пристроєм відображення текстової і графічної інформації. Монітори бувають кольоровими і монохромними. Вони можуть працювати в двох режимах: текстовому або графічному.

Принцип формування зображення в моніторах на базі електронно-променевої трубки мало чим відрізняється від принципу дії телевізора. Пучок електронів, що випускається електронною гарматою (катодом), потрапляючи на екран, покритий люмінофором, викликає його свічення. Але такі монітори вже використовуються рідко.

Рідкокристалічні дисплеї (LCD). В кінці 80-х років були представлені перші моделі ПК типу notebook (laptop). Основним фактором, що призвів до зниження їхньої ваги, був, в першу чергу, рідкокристалічний дисплей (Liquid Crystal Display, LCD), застосований як пристрій відображення інформації. Екран такого дисплея складається з двох скляних пластин, між якими знаходиться маса, що містить рідкі кристали, які можуть змінювати свою оптичну структуру і властивості залежно від прикладеного до них електричного заряду. Це означає, що кристал під впливом електричного поля змінює свою орієнтацію, тим самим кристали по-різному відображають світло і роблять можливим відображення інформації. Оскільки опір відносно великий, кристали можуть рухатися тільки з певною швидкістю.

Ця властивість яскраво виявлялася при переміщенні курсору миші по LCD-екрану перших дисплеїв. При швидкому переміщенні курсор просто зникав. Рідкі кристали одержували електричний імпульс, але не встигали зреагувати, коли курсор вже перемістився на інше місце.

Газоплазмові монітори. Для газоплазмових моніторів немає таких обмежень, як для LCD-дисплеїв. Вони також мають дві скляні пластини, між якими знаходяться не кристали, а газова суміш, яка висвічується у відповідних місцях під дією електричних імпульсів. Недоліком таких моніторів є неможливість їх використовування в переносних комп'ютерах з акумуляторним і батарейним живленням через велике споживання струму.

Основні характеристики моніторів:

- частота вертикальної (кадрової) і горизонтальної (рядкової) розгортки;

- роздільна здатність екрану, тобто число точок (пікселів), відображених на екрані;

- діагональ екрану, тобто відстань між правим нижнім і верхнім лівим кутами;

- розмір зерна монітора, тобто розмір точки люмінофора на внутрішній поверхні екрану;

- тип екрану монітору;

- швидкість перемикання з текстового в графічний режим, тобто зміна роздільної здатності;

- рівень випромінювання і інші параметри безпеки;

- час відгуку;

- кути огляду;

- яскравість і контрастність;

- передача кольору.

Монітор є пристроєм для візуального відображення інформації. Сигнали, які одержує монітор (числа, символи, графічну інформацію і сигнали синхронізації), формуються відеокартою. Таким чином, монітор і відеокарта є своєрідним тандемом, який для оптимальної роботи повинен бути набудований відповідним чином. В цілях забезпечення ефективної роботи обидва компоненти повинні оптимальним чином підходити один до одного.

Приклади характеристик:

· розмір діагоналі – 14, 15, 17, 19, 21, 22 дюймів і т. д.;

· максимальна роздільна здатність екрану – 640х480, 800х600, 1024х768, 1152х864, 1280х1024, 1600х1200 пікселів (крапок), що виводяться, по горизонталі і вертикалі відповідно і т.д. Чим вище, тим краще, оскільки більш детальним може бути зображення, що виводиться;

· тип – ЕЛТ; ЖК; ГП;

· монохромні або кольорові. Для кольорових: 4, 8, 16, 256 кольорів, 16 розрядів (High Color) або 24 розряди (True Color – мільйони кольорів) для завдання кольору пікселя;

· засоби управління зображенням – аналогове або цифрове;

· частота кадрів (краще для очей – мінімум 85 Гц); діапазон 50-160 Гц;

· ступінь захисту користувача від електромагнітних випромінювань. Існують стандарти (ТСО95, ТСО99, MPR II).

Дата добавления: 2015-05-24