Назначение блоков и их краткая характеристика

Микропроцессор обрабатывает информацию и выполняет логические и арифметические операции. Приставка микро - связана с тем, что огромное количество элементов процессора размещено на небольшой, всего лишь в несколько сантиметров (сам кристалл ~ 5-7 5-7 мм, остальное – для разводки проводников и теплоотвода), электронной микросхеме. Основными характеристиками процессора являются тактовая частота (быстродействие), которая указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду (измеряется в мегагерцах) и разрядность, которая характеризует объем информации, обрабатываемый микропроцессором за одну операцию. Например, 8-разрядный микропроцессор за одну операцию обрабатывает 8 бит (1 байт) информации, 32 разрядный - 32 бита.

Оперативная память хранит временную информацию, необходимую для работы программ. Оперативная память представляет собой микросхему, наподобие микросхемы процессора. В ней, подобно пчелиным сотам, имеется совокупность электронных ячеек, каждая из которых может хранить один байт информации - комбинацию из 8 нулей и единиц. На материнской плате существуют разъемы (слоты), предназначенные для установки модулей оперативной памяти. В оперативной памяти компьютера в двоичном виде запоминаются обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. При выключении питания компьютера вся информация, хранящаяся в оперативной памяти, исчезает;

Постоянная память служит для загрузки операционной системы - посредника между человеком и компьютером, обеспечивающего удобное общение между ними. При отключении питания информация, содержащаяся в постоянной памяти, сохраняется. Именно здесь хранится программа BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода), без которой компьютер не начнет работать. Подробнее об этой программе будет рассказано в следующей теме;

Кэш-память – это быстродействующая память, расположенная "между" микропроцессором и оперативной памятью и используемая для временного хранения промежуточных данных, которые могут потребоваться микропроцессору для расчетов. Наличие кэш-памяти значительно увеличивает быстродействие компьютера;

Контроллеры и порты осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами.

Контроллеры - это электронные схемы, управляющие работой различных устройств, входящих в компьютер (монитора, накопителей на гибких магнитных дисках (НГМД) и т.д.).

Порты - это электронные схемы, через которые микропроцессор обменивается данными с внешними устройствами (принтер, мышь, модем и т.д.). Порты бывают следующих видов: параллельные (по каждому проводу передается свой разряд, обозначаемые LPT1 - LPT4), к ним обычно подключаются принтеры и последовательные (все биты передаются по паре проводов один за другим, обозначаемые COM1 - COM3), через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д. Параллельные порты выполняют ввод и вывод данных с большей скоростью, чем последовательные, но требуют для этого большего числа проводов; USB-порты, через них подсоединяют носители информации на твердотельной флэш-памяти, сканеры с интерфейсом USB и др.

Накопители на ГМД, винчестер, CD-ROM, DVD-ROM - хранят информацию. Накопители на гибких магнитных дисках (другие их названия - "дискеты" или "флоппи-диски") - это круглые пластинки с магнитным покрытием, предназначенные для считывания или записи информации. В настоящее время используются дискеты диаметром 3,5 дюйма, хотя можно встретить в использовании дискеты диаметром 5,25 дюйма, несмотря на то, что еще в 1995 году они были сняты с производства. Каждая дискета делается из очень мягкого и гибкого материала - миларового пластика с магниточувствительным покрытием из окиси железа. Сама дискета помещается в защитную пластиковую оболочку (конверт), предохраняющую ее от пыли, влаги, механических повреждений. В конверте имеется отверстие, через которое головка чтения-записи информации приходит в соприкосновение с вращающейся дискетой.

Винчестер (англ. hard disk – жесткий диск - жаргонное название, ставшее официальным; произошло в результате совпадения технологического номера первого HDD, hard disk drive – привода жесткого диска, «3030», с индексом винтовки «винчестер 3030») - это один или несколько магнитных дисков, похожих на пластинки, помещенные на одной оси вращения в корпус - специальное электронное устройство, в котором эти диски вращаются с огромной скоростью, позволяющей быстро записывать и считывать информацию. При этом для каждого магнитного диска предусмотрена своя пара (для обеих поверхностей) головок чтения-записи. При включении питания компьютера происходит раскрутка винчестера, сопровождающая характерным звуком, который слышен все время, пока компьютер включен.

Технология магнитной записи информации на дискеты и винчестеры аналогична технологии записи на магнитные или видеокассеты.

Магнитное покрытие наносится на гибкий пластик, из которого делается дискета, или на жесткие алюминиевые пластины, используемые для производства жестких дисков (винчестеров). Поверхность диска рассматривается как множество точек, каждая из которых может быть намагничена (1) или ненамагничена (0), т.е. имеет один бит информации.

Информация записывается на магнитной поверхности диска в виде концентрических окружностей (дорожек). Диски также разбиваются на сектора длиной 512 байт каждый. От количества дорожек и секторов зависит объем памяти диска.

Быстрый доступ к любой точке поверхности диска возможен, потому что диск вращается с большой скоростью, а магнитная головка чтения-записи движется вдоль радиуса диска (FDD) или по дуге, близкой к радиусу диска, как у звукоснимателя проигрывателя грампластинок.

Тем не менее, для того, чтобы снизить вероятность ошибок чтения-записи, сектора нумеруются не по порядку, так что обращение к «соседним» секторам фактически есть обращение не подряд, а с чередованием.

CD-ROM (CD-ROM - Compact Disk Read-Only Memory - компакт-диски, чтение только из памяти) внешне не отличающиеся от компакт-дисков, применяемых в бытовых проигрывателях, и занимающих промежуточное положение между дискетами и винчестерами по объему памяти. На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, по форме микроскопических ямок на его спирали. Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать, что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых, большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину).

Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы – это нижняя сторона - подложка. На нее нанесен тонкий слой алюминия, придающий диску необходимые отражающие свойства. От окисления и механических повреждений его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т.е. многоцелевой цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма.

По размерам диски CD и DVD абсолютно одинаковы – DVD лишь немного тоньше. Естественно, также как и CD-диски, DVD производится в двух форм-факторах: 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма).

Самое интересное в спецификациях DVD – это возможность создания двухсторонних и двухслойных дисков.

Двухсторонний диск делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм (половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два диска тыльными сторонами и получить двухсторонний DVD.

Технология создания двухслойных дисков чуть более сложна: на данные записываются в двух слоях – нижнем и полупрозрачном верхнем. Работая на одной частоте, лазер считывает данные с полупрозрачного слоя, работая на другой – получает данные «со дна».

Объем информации, который можно сохранить на дискете 3,5 дюйма составляет 1,44/2,88 Мбайт (в качестве альтернативы обычным трехдюймовым дисководам некоторые поставщики предлагают трехдюймовые дисководы высокой емкости – 120 Мбайт с лазерным позиционированием головки чтения записи), на дискете 5,25 дюйма - 1,2 Мбайт, на винчестере – от 10 Гбайт до 160 Гбайт и более, на компакт-диске - 680 Мбайт и более (технология DVD позволяет хранить на одном диске до 17 Гбайт информации).

Единственный достойный конкурент лазерной технологии – накопители на флэш-картах. При меньших емкостях памяти, они обладают рядом других существенных преимуществ: маленький корпус (размером с карманную зажигалку), автоматическая настройка, быстрота считывания и надежность хранения информации, низкое энергопотребление.

Клавиатура - служит для ввода информации в ЭВМ. Все клавиши клавиатуры можно разделить на четыре группы: алфавитно-цифровую, функциональную, специальную и малую цифровую.

Алфавитно-цифровая клавиатура состоит из клавиш русского и латинского алфавита. Расположение этих клавиш точно такое, как на пишущих машинках. Клавиши специальной клавиатуры окрашены в серый цвет. К ним относятся следующие клавиши: клавиша Esc используется для отмены каких-либо действий или для выхода из программы; клавиши Tab, Home, End, PageUp, PageDown, используются для перемещения курсора (мигающей полоски) по экрану монитора; клавиши Caps Lock, Shift - используются для ввода заглавных букв, при этом нажатие клавиши Caps Lock задает постоянный режим ввода заглавных букв, а для ввода заглавных букв с использованием клавиши Shift, нужно нажать ее и, не отпуская, вводить нужные буквы, кроме того, клавиша Shift используется для ввода некоторых специальных символов (!, @, #, $, % и др.); клавиши Alt и Ctrl изменяют действие других клавиш и самостоятельно не используются; клавиша Backspase, которая находится в конце цифрового ряда символьной клавиатуры и чаще всего обозначается стрелкой влево и клавиша Delete используются для удаления вводимых символов, при этом клавиша Backspase удаляет символ, находящийся слева от курсора, а клавиша Delete - символ, находящийся над курсором; клавиша Enter – это крайняя правая клавиша среднего ряда основной клавиатуры, отличается размером и формой. Нажатием этой клавиши заканчивается ввод всех команд и запуск программ, т.е. для того чтобы компьютер воспринял Вашу информацию, надо нажать эту клавишу; клавиша Print Screen или PrScr используется для распечатки на принтере или копирования в буфер обмена Windows того, что изображено на экране монитора; клавиша Scroll Lock функционирует как переключатель и позволяет прокручивать текст некоторых программ; клавиша Pause или Break используется для остановки компьютера, для продолжения работы нужно нажать любую клавишу на клавиатуре или клавишу Enter; клавиша Insert переключает режимы вставки или замены символов при вводе. В режиме вставки символы раздвигаются и между ними можно вставить тот символ, который Вы пропустили. В режиме замены на месте одних символов вводятся другие.

Функциональная клавиатура - это двенадцать клавиш в первом ряду клавиатуры, обозначенные латинской буквой F с цифрами от 1 до 12.

Малая цифровая клавиатура - это самая последняя группа клавиш справа. Верхняя левая клавиша этой группы Num Lock служит для переключения режима работы этой группы. Если эта клавиша включена (горит ее световая индикация), то на экран при нажатии соответствующих клавиш выводятся цифры, а если отключена, то можно тогда можно с помощью соответствующих клавиш управлять курсором. При этом серые клавиши этой группы (косая черта /, звездочка *, минус -, плюс +) служат не только для ввода знаков арифметических действий, но и выполняют некоторые специальные функции.

Монитор - выводит графическую или текстовую информацию на экран электронно-лучевой трубки. Монитор подключается к компьютеру через особую плату, находящуюся внутри компьютера и называемую видеокартой. Мониторы бывают цветными и монохромными (двухцветными). Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран, помимо текстовой информации, графиков, рисунков и т.д. Основными характеристиками монитора в графическом режиме являются его разрешающая способность, т.е. количество точек, выводимых по горизонтали и вертикали, и число возможных цветов каждой точки. Например, выражение “разрешающая способность 640 480” означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по горизонтали и 480 точек по вертикали. Точка - это минимальный элемент изображения на экране, называемый пикселем (от англ. picture element – элемент рисунка). Число возможных цветов каждой точки зависит от разрешающей способности монитора и объема видеопамяти. Чем больше разрешающая способность монитора и чем больше может одновременно изображаться цветов на экране, тем больший размер должна иметь видеопамять. Обычный размер видеопамяти адаптера VGA (Video Graphic Array - видеографическая матрица) - 256 Кбайт, хотя для стандартного режима VGA - 640 480 16 цветов нужно 640 480 0,5 = 153600 байт (для кодировки 16 цветов нужно ½ байта, или 4 бита). Для режима 800 600 с 256 цветами требуется видеопамять размером 512 Кбайт (точнее 800 600 1 = 480 Кб, а для 1024 768 с 256 цветами - 1 Мбайт (а именно 786432 байта);

Сегодня выпускаются различные мониторы стандарта SVGA – разрешающая способность и цветовая палитра определяются как возможностями самого монитора, так и возможностями контроллера SVGA.

Качество изображения, получаемого на экране монитора, зависит от параметров электронно-лучевой трубки и управляющих ею электронных схем. К основным параметрам относятся: размеры экрана и «зерна» и связанное с ними оптическое разрешение, определяющее количество отображаемой информации и возможную степень ее детализации; скорость обновления изображения (частота кадровой развертки), определяющая степень подавления мерцания. На восприятие изображения оказывает существенное влияние и то, насколько экран черный (от этого зависит контрастность) и плоский (выше естественность, шире угол обзора, меньше бликов).

Размер экрана монитора подразделяется на 14-дюймовый (36 см), 15-дюймовый (39 см), 17-дюймовый (44 см), 19-дюймовый (49 см), 21-дюймовый (54 см) и т.д. Соответствующие цифры в дюймах (сантиметрах) указывают размер электронно-лучевой трубки по диагонали.

В последнее время начали широко предлагаться мониторы с жидкокристаллическим экраном (таким же, как в компьютерах notebook). Их преимущество перед обычными – абсолютно плоский экран, отсутствие геометрических искажений. Недостаток – относительно малый угол обзора (если смотреть на изображение сбоку – его почти не видно) и меньшая глубина контрастности;

Принтер - выводит информацию на бумагу. Принтеры могут иметь различный объем собственной памяти и различную разрешающую способность. Наибольшее распространение получили принтеры трех типов: матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры устроены и работают по образу и подобию пишущих машинок: печатающая головка принтера, содержащая вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок 9 или 24 шт.), движется вдоль печатаемой строки, а стержни, толкаемые магнитными сердечниками, в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту, обеспечивая формирование на ней символов и изображений. По качеству печати матричные (иногда их называют игольчатыми) принтеры серьезно уступают струйным и тем более лазерным. Они значительно более шумные, т.к. механизм печати базируется на ударном способе. Сегодня все подобные принтеры монохромные, т.е. позволяют печатать одним цветом. Но далеко не всем и не везде требуется фотографическое качество печати. Существует немало таких практических применений, где гораздо важнее простота и дешевизна процесса печати. А прочность и надежность принтера нередко оказываются весомее возможности печатать цветными буквами полиграфического качества. Набором таких качеств обладают матричные принтеры. Другим преимуществом матричных принтеров является возможность печати на многослойных бланках (распечатка одновременно до 6 копий на листах, проложенных через копировальную бумагу). Исключительно дешевы и расходные материалы (краска, лента).

В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Эти принтеры позволяют получать цветное изображение и обеспечивают более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, меньший шум и большую скорость. Технология струйной печати такова, что наилучшего результата можно достичь только при использовании специальной бумаги. Главный недостаток струйных принтеров – большие накладные расходы, львиную долю которых составляют затраты на новые картриджи.

Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество печати. В них изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отпечатки не размазываются, совершенно непрозрачны и не повреждаются при контакте с водой, а обилие «краски» не коробит лист бумаги, как это происходит, в некоторых случаях, при струйной печати. Скорость печати лазерных принтеров для разных моделей составляет от 4 до 40 и более страниц в минуту. Пожалуй, единственный недостаток лазерного принтера заключается в том, что он дороже струйного, и, тем более, матричного.

Модем - осуществляет обмен информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Назначение модема заключается в замене сигнала, поступающего из компьютера (сочетание нулей и единиц), электрическим сигналом с частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии. Акустический канал этой линии модем разделяет на две полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применяется для передачи данных, а полоса высокой – для приема. По конструктивному исполнению модемы бывают встроенными (вставляемые в системный блок компьютера) и внешними (подключаемыми через коммуникационный порт). Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (например, 14400, 33600, 57600 бит в секунду), а также тем, поддерживают ли они средства исправления ошибок.

Сканер - считывает графическую и текстовую информацию в компьютер. Он может вводить в компьютер различные рисунки, фотографические изображения, напечатанный или рукописный текст и др. Сканеры отличаются друг от друга разрешающей способностью и количеством воспринимаемых цветов или оттенков серого цвета;

CD-дисковод - считывает информацию в компьютер с компакт-дисков. Скорость чтения данных в CD-дисководе зависит от скорости вращения диска, поэтому чаще всего используют устройства с кратной скоростью вращения по отношению к принятому стандарту, например, 8-, 12-, 16-, 24-, 32-скоростные, однако это определяется не скоростью вращения диска, а количеством головок чтения.

В качестве носителя программ и данных используются классические (только с функцией чтения) приводы CD-ROM, а также устройства с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью.

Назначение устройства CD-R – запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM, CD-RW. Запись CD-R основана на «выжигании» лазером каждого бита информации на записывающем слое. Соответственно изменяются отражающая способность диска, которую лазерный луч фиксирует при считывании.

Устройства CD-RW позволяют заносить информацию на компакт-диски с возможностью до записи, а при использовании перезаписывающих CD-RW-дисков могут стирать старые данные и записывать вместо них новые. Емкость носителя CD-RW составляет 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.

Уровень записи (отражающая способность) в CD-RW определяется специальным комбинированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись производится при изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагревом переходит из кристаллического состояния в аморфное. Такой процесс называется фазовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW определяется изменением отражающей способности поверхности.

Серьезными конкурентами записываемых и перезаписываемых компакт-дисков в настоящее время стали пишущие устройства DVD;

DVD-ROM могут только читать диски. Для самостоятельной записи DVD-дисков в настоящее время имеются две разновидности: DVD-R – однократно записываемый диск (аналог CD-R) и DVD-RW для многократной, стираемой записи (аналог CD-RW);

Мышь, трэкболл - позволяют осуществлять ввод информации в компьютер. Эти устройства взаимозаменяемые. Мышь представляет собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами, легко умещающуюся на ладони, а трэкболл - маленький шарик на подставке. При этом для управления курсором мышью надо перемещать ее по столу, а в трэкболле для этого нужно поворачивать шарик. По способу получения информации о перемещениях мыши делятся на механические, оптико-механические и оптические. По способу передачи данных в компьютер мыши делятся на проводные и беспроводные.

Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально-модульном принципе. Под архитектурой компьютера понимается совокупность его устройств, способ взаимосвязи устройств друг с другом (структура). Архитектура ПК определяет ресурсы, которые могут быть выделены процессу обработки данных.

Модулем ПК будем называть любое относительно самостоятельное устройство компьютера (процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т. д.). Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Устройства компьютера соединяются между собой информационными магистралями. Среди них особую роль играет системная магистраль.

Системная магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино центральные устройства (процессор, оперативная память) с периферийными устройствами (клавиатура, принтер, винчестер и т. д.) через устройства сопряжения (адаптеры, контроллеры).

Системная магистраль осуществляет обмен информацией по трем многоразрядным шинам, соединяющим модули:

1. шина данных,

2. шина адресов,

3. шина управления.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

К основным режимам использования шины передачи данных можно отнести следующие:

1. запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств;

2. чтение данных с устройств ввода;

3. пересылка данных на устройства вывода.

Шина данных является двунаправленной.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т. е. шина адресов однонаправленная.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией. Подключение устройств компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами.

Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает, отвечает лишь соответствующий контроллер. Поэтому внешние (периферийные) устройства ПК заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Драйвер – это программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с соответствующим устройством вычислительной системы (драйвер клавиатуры, драйвер принтера и т. п.). Драйвер обрабатывает прерывания обслуживаемого устройства, поддерживает очередь запросов к нему и преобразует запросы в команды управления устройством.

Существует еще множество других устройств, подключаемых к компьютеру и применяемых в различных отраслях науки и техники. Однако мы ограничимся рассмотренными выше.

Дата добавления: 2017-01-13